RETIRADA DE METAIS PESADOS DE EFLUENTES GALVÂNICOS
Publicado em 16 de junho de 2020 por Laís Zambini Coletto Curti
CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA
“PAULA SOUZA” – CEETEPS
ETEC DR. ADAIL NUNES DA SILVA
Técnico em Química
Laís Zambini Coletto Curti
Hellen Guedes Santos
Larissa Gabrielly Rodrigues Mourão
Lázaro Gonçalves Silva
Vitória Olegário Leite
RETIRADA DE METAIS PESADOS DE EFLUENTES GALVÂNICOS
Taquaritinga
2017
Laís Zambini Coletto Curti
Hellen Guedes Santos
Larissa Gabrielly Rodrigues Mourão
Lázaro Gonçalves Silva
Vitória Olegário Leite
RETIRADA DE METAIS PESADOS DE EFLUENTES GALVÂNICOS
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso Ensino Médio integrado ao Técnico em Química da ETEC Dr. Adail Nunes da Silva orientado pelas Profsª Célia Labibe Abud e Laís Zambini Coletto Curti como exigência para obtenção do título de Técnico em Química.
Taquaritinga
2017
RESUMO
Diversos formas para a remoção de metais de efluentes galvânicos vem sendo estudado, pois os métodos atuais não se mostram eficazes em uma ampla faixa de concentração, sendo bem específicos, de altos custos e gerando mais resíduos de difícil tratamento. A partir de teste com o espectrofotômetro UV-Vis foram utilizadas cascas de banana em solução de cobre para mostrar a sua grande eficiência, funcionando como biossorvente de baixo custo para a remoção de íons metálicos.
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Palavra Chave: Resíduos; casca de banana; Biossorvente.
SUMÁRIO
2. Galvanoplastia - Histórico. 7
2.3 Geração de resíduos durante os processos galvânicos. 9
3. Métodos utilizados para retirada de metais. 11
4.1 Efeitos toxicológicos gerais. 13
5. Metais utilizados na galvanoplastia. 14
6. Outras formas de poluição por metais. 21
6.2 Rompimento da Barragem de Mariana. 23
7. Alternativas viáveis para tratamento de efluentes. 25
7.2 Descoberta do pontecial da matéria orgânica. 25
7.3 O que é a Adsorção/Biossorção?. 26
7.4 Banana como BIOSSORVENTE. 27
8.2 Produção e comércio de banana. 29
8.3 Caracterização da casca da banana. 29
9.2 Interferentes do cobre. 33
10.1 Preparação da casca de banana. 34
10.2 Preparação da solução padrão e diluições. 34
10.3 Calibração do equipamento. 34
10.4 Leitura da absorbância das diluições. 35
10.7 Determinação de Cálcio. 36
11.4 Experimento 4 – Determinação de Cálcio. 41
O meio ambiente é exposto diariamente a vários tipos de poluição, sendo que a maior parte de resíduos tóxicos despejados em rios e mares são provenientes de processos de indústrias galvânicas após a lavagem de peças que passaram por etapas de revestimento.
Atualmente é grande a procura para tratamentos eficientes para efluentes galvânicos, pois os métodos convencionalmente utilizados não são propícios a retirada de metais em várias faixas de concentração, sendo que muitos apesar de tratar, também geram novos resíduos de mais difícil descarte. Entre esses processos para tratamento de águas residuais podem ser citados:
- Precipitação química;
- Recuperação eletrolítica;
- Troca-iônica;
- Osmose inversa;
- Extração líquido-líquido;
- Adsorção
Para a substituição destes métodos usuais foram discutidos a eficiência das biomassas com biossorvente. Entre elas está presente a casca da banana, esta que tem uma produção mundial gigantesca, onde o Brasil está entre os dez maiores produtores.
Anualmente, somente no Brasil, tem-se uma geração de resíduos industriais de muitas toneladas de casca de banana (ROSSO, 2009, p.4).
Essa grande quantidade de matéria orgânica descartada pela população anualmente, pode ser considerada uma alternativa interessante para realizar o tratamento de efluentes, pois a casca da banana possui uma boa propriedade adsorvente, esta que é conferida por sua estrutura fibrosa capaz de aderir grandes quantidades de metais em qualquer solução. Além de que os grupos funcionais presentes como a carbonila e a hidroxila conferem um caráter negativo, atraindo-os com mais facilidade.
Os experimentos utilizando o pó da casca da banana para retirada de metais em solução têm citações indicando a sua eficiência. Soluções e diluições de cobre com concentrações conhecidas foram preparadas e submetidas a agitação após o acréscimo do pó da casca, a solução resultante foi analisada e quantificada em espectrofotômetro UV-Vis, deixando evidente a redução das concentrações de íons cobre presentes na solução.
Entretanto, apresentou interferentes como o ferro que teve de ser retirado para que se obtivessem resultados exatos de concentrações de cobre.
Os primeiros vestígios de revestimento com metais como o Cobre e o Chumbo, foram encontrados na Itália a.C. Na antiguidade esse método era utilizado para conferir resistência, brilho, proteção à objetos de belezas ou em instrumentos utilizados em combates (CASAGRANDE, 2009).
Sua denominação vem do nome do anatomista e médico Luigi Galvani que fez experimentos com os músculos de rãs em contato com alguns metais, onde nestes ocorriam contrações concluindo-se que os tecidos musculares geravam eletricidade. Porém Alessandro Volta refez o mesmo experimento e descobriu que na verdade essa eletricidade era criada pela reação entre um fio de cobre e uma barra de ferro em solução salina, sem necessariamente essa corrente ser criada pelos tecidos.Ele então criou, mais tarde, um experimento com discos de cobre e zinco que eram separados por papéis umedecidos em solução salina, criando assim um circuito de eletricidade denominada de pilha galvânica, possibilitando assim importantes informações no campo da eletrodeposição (CASAGRANDE, 2009).
A partir do século XIX com as grandes atividades industriais surgindo apareceram novos meios para o uso da deposição de metais em superfície. Além de usos decorativos, agora era usado para fins na engenharia, proteção e corrosão e melhorar a resistência dos objetos. Já no Brasil veio como intuitos decorativos, sendo que a as indústrias automobilísticas aprimorou a galvanoplastia (CASAGRANDE, 2009).
Em 1934 foi criado o Sindicato de Galvanoplastia e Niquelação do Estado de São Paulo (SIGESP) que tem o objetivo de fazer o controle das indústrias galvânicas e da mão de obra de qualidade atribuída a estas (CASAGRANDE, 2009). Elas produzem efluentes com metais pesados provenientes de todos os tipos de sistema de lavagem de peças, sendo estes tóxicos e não biodegradáveis. Segundo o Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, Resolução Nº 357, de 17/03/05,todos os resíduos gerados por atividades industriais devem passar por tratamentos específicos para que possam ser despejados em meios aquáticos. Devem também obedecer padrões máximos de concentrações de compostos inorgânicos no efluente, tais como: Cobre dissolvido 1,0 mg/L, Cromo total 0,5 mg/L, Estanho total 4,0 mg/L, Níquel total 2,0 mg/L, Ni e Zinco total 5,0 mg/L, considerando que a Constituição Federal e a Lei no 6.938, de 31 de agosto de 1981 visam proibir o lançamento desses, sendo muito nocivos a seres de qualquer forma de vida.
2.1 Indústrias Galvânicas
As indústrias galvânicas pretendem fazer o revestimento de metais para que lhes confira resistibilidade, brilho, decorações e evitar a corrosão. Geralmente utilizam-se banhos de cádmio, cobre, níquel, estanho, ouro, prata, cromo ou zinco (VAZ, 2009).
Esses revestimentos podem ocorrer de duas maneiras: com a galvanização a quente (fogo) ou a frio (eletrodeposição). A quente consiste em uma estrutura de aço ou ferro que são banhados em solução de zinco líquido, produzindo uma camada dura e frágil, oferecendo uma proteção eficaz ao ferro, sendo maleável a camada externa de zinco, assim conferindo uma proteção ao desgaste e a acidentes durante o processo (MONASSA, 2015).
Antes que aconteça estes processos os materiais e peças a serem revestidos devem passar por processos de limpeza, pois a superfície tem de estar totalmente livre de qualquer impureza que dificulte a realização do processo, sendo esses: desengraxe, total retirada de qualquer graxa contida com soluções alcalinas quentes (à base de carbonatos, silicatos, hidróxidos, fosfatos, detergentes), logo após as peças são direcionadas ao Enxague em água fria e a uma imersão em ácido clorídrico (VAZ, 2009). São enviados assim a fase de decapagem, onde são retirados a oxidação, tintas, soldas, para em seguida serem imersas em solução de cloreto de zinco-amônio (ZnCl2 e NH4Cl), que serve para a retirada de resíduos proveniente da decapagem e dar maior distribuição do zinco pela superfície. Todo esse processo deve ser feito para que assim a peças possam revestidas na galvanização a quente (MONASSA, 2015).
Figura 1 - Esquema de revestimento a quente (MONASSA,2015).
E a Galvanização a frio: o zinco é eletroliticamente depositado em um metal base formando uma camada homogênea pouca espessa e adepta, que não interfira nas propriedades do material, a partir de uma solução com sais do metal desejado. O revestimento ocorre se conter uma corrente que dividirá em duas: o cátodo (+) e o ânodo (-) ocorrendo uma reação não-espontânea em contato com os metais, onde o ânodo (polo positivo) será o zinco, que abastecerá os cátions na solução, e o cátodo (polo negativo) sendo o substrato de aço, que reduzirá o zinco indo de Zn+2 para Zn0(metálico) que se armazena na superfície da peça. (MONASSA, 2015).
Sua vantagem é que podem ser utilizados vários outros metais para revestimento como o cromo, dando o nome ao processo de cromação, Níquel (niquelagem), estanho (estanhagem), todos com fins contra corrosão e aquisição de resistência, durabilidade e brilho. A espessura das camadas de revestimentos é determinada pelo tempo de contato do material com a solução aquosa do metal (VAZ, 2009).
Para que qualquer objeto seja submetido a um processo de revestimento deve ser primeiramente feito a etapa de limpeza mecânica; desengraxe; decapagem ácida; enxague; zincagem; enxague; passivação; enxague; secagem e acabamento, em cada uma das estapas os materiais devem ser submetidos a lavagens para que não sobrem resíduos do processo anterior (NOGUEIRA&PASQUALETTO, 2008), como já foi citado anteriormente na galvanização a quente, são os mesmos processos para que o revestimento tenha ótima qualidade.
Durante os processos de lavagem são gerados muitos poluentes:
Fluxograma 1 - Pontos de geração de poluente na indústria galvânica. (VAZ, 2009).
Esses são provenientes de várias das etapas em que os materiais devem ser submetidos. O consumo de energia, água, geração de resíduos líquidos e sólidos dessas indústrias são excessivos, onde esses vêm da evaporação dos banhos quentes e das preparações dos materiais. Nos efluentes líquidos a maior carga tóxica é composta por sais de cianeto e metais pesados como cobre, níquel e cromo, entre outros, que podem estar presentes nas formas solúvel e insolúvel (VAZ, 2009).
Todo efluente gerado, antes de serem descartados e liberados a rios e mares, deve passar por processos de tratamento. Esses efluentes tem parâmetros de DBO, DQO, OD, pH, cor, turbidez, sólidos sedimentáveis (SS) e óleos e graxas que devem ser levados em conta para que possam ser liberados ao descarte. Esses tratamentos de efluentes contendo metais pesados envolvem processos físico-químicos de precipitação, troca-iônica, adsorção e extração por solventes, dentre outros. Contudo, estas técnicas tradicionais, são inadequadas para a descontaminação de grandes volumes de efluentes contendo metais pesados em baixas concentrações, devido à baixa eficiência operacional e aos custos de extração resultante deste processo (VAZ, 2009).
A seguir estão citados alguns processos para tratamentos de efluentes atualmente utilizados:
Precipitação química: é a forma mais utilizada pois, não necessita de grande sofisticação em seus materiais (SCHLLEMER, 2011), porém não é eficiente em efluente de grande volume com concentrações de baixo valor (BANDEIRA, 2007). Na precipitação química é formado um precipitado quando a solução se torna saturada, que ocorre após a adição de uma base, geralmente é hidróxido de sódio ou cálcio (JÚNIOR), onde são formados hidróxido ou óxidos metálicos insolúveis em solução, que deixam a possibildade de se realizar uma filtração ou centrifugação para retirada do precipitado, recuperando-se assim a água tratada (MORAIS, 2014).
Troca-iônica: Para a retirada de metais nesse processo são utilizadas resinas que são granuladas e depõem de grupos ácidos ou básicos que são trocados quando em contato com a solução. Os cátions presentes na solução adentram a estrutura e substituem os cátions de compensação, até se atingir o equilíbrio (FLORES, 2009).
Adsorção: geralmente é utilizado como adsorvente o Carvão ativado. Este pode também ser obtido Teoricamente, a partir de todo material carbônico sendo convertido por alguns processos em carvão ativado, muito embora nem sempre isto seja economicamente viável (GOLIN, 2007, p.45). Quando as moléculas de adsorvato presentes na fase fluída atingem a superfície do adsorvente, a força residual, resultante do desequilíbrio das forças de Van der Walls que agem na superfície da fase sólida, criam um campo de forças que atrai e aprisiona a molécula (VALÊNCIA, 2007, p.34). retirando assim os metais com baixo custo e alta eficiência.
Extração por solvente ou líquido-líquido: é um processo onde utiliza-se uma fase orgânica, que é conhecida como solvente e que contém extratores e diluentes, para separar, purificar ou determinar uma concentração de componentes presentes em uma fase aquosa (MORAIS, 2014).
Osmose reversa: a solução aquosa é submetida a uma pressão, que deve ser maior que a pressão osmótica da solução, para que a água possa passar pela membrana, onde ficarão retidos os sais ou metais, formado por um mecanismo de sorção-difusão. Pode ocorrer uma transferência de concentrações mínimas dos metais, sendo que a massa de água é muito maior. Essa água, portanto, fica com pouca quantidade de soluto dissolvido (SILVA, 2014).
Tabela 1 - Processos de tratamento de efluentes para metais pesados (Bandeira, 2007).
Todos esses processos têm suas particularidades, sejam eles eficiente em grande ou pequeno volume, os problemas que acabam sendo relacionados a eles são quanto ao auto custo que alguns tem ou ainda pela formação de outros produtos que terão de ser tratados e acabam não tendo viabilidade no processo.
(MIRANDA, 2017)
Os metais pesados são constituídos de metais, semimetais e ametais (SILVA, 2014), sendo que apresentam massa específica elevada, entre 3,5 e 7,0 g/cm3, massa atômica e também o número atômico maior ou igual a 20, sem contar com a formação de complexos coloridos, sulfetos, hidróxidos insolúveis e formação de sabões (LIMA,2011). Os elementos químicos que são classificados como metais pesados são: Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, que são geralmente poluentes e tóxicos (SILVA, 2014).
4.1 Efeitos toxicológicos gerais
Cada metal pode apresentar a sua particularidade quanto aos seus efeitos toxicológicos a biota e aos seres humanos. Estes efeitos ainda podem ser de maior ou menor grau conforme a espécie química do elemento e de como o organismo acaba absorvendo-o (Farias, 2007).
Esses metais ainda podem se acumular pela cadeia alimentar, sendo que os animais de maior porte, serão os que terão maior contaminação. Mas essa acumulação só dependerá, como já dito, da sua absorção e transporte pelo organismo, sendo que alguns metais acabam sendo eliminados do corpo, pelas excreções, e também retido, para que sua absorção não ocorra mais (CASTRO,2006).
A toxicidade dos metais é influenciada pelo pH, quantia de carbono dissolvido e em suspensão, que acabam reagindo com os metais formando complexos, que são mais tóxicos. Nos organismos os metais se manifestam reagindo com um radical presente nas estruturas da proteína, radical sulfidrila, modificando assim a particularidades de cada proteína, trazendo danos ao metabolismo dos seres humanos (LIMA, 2011).
Zinco metálico. (SILVA, 2008)
O zinco é um elemento de cor cinza, cuja sua distribuição está no ar, solo, água e alimentos. É um metal maleável e sua principal propriedade é a proteção à corrosão. São os esgotos industriais que levam a maior porcentagem de zinco a rios (CPRH,2001; AZEVEDO & CHASIN, 2003). O limite de zinco estabelecido é de 5,0 mg/L (VAZ, 2009), sendo que nessa quantidade é necessário para o desenvolvimento do ser humano, ajudando também na atividade de insulina e no metabolismo (LEE, 2009), porém em altas quantidades pode trazer sabor e opacidade a água (VAZ, 2009). Essa necessidade é mais aparente em crianças justamente pelo seu papel no crescimento e desenvolvimento. Causa a diminuição do pH (CASTRO, 2006) e tem como propriedade a acumulação ao longo da cadeia trófica (LEE, 2009).
Nas contaminações de solo as plantas e animais são diretamente atingidos, pois acabam absorvendo uma grande quantidade de zinco que se torna tóxico (CASTRO, 2006). O zinco apresentado nas plantas só se apresenta como Zn(II), sendo que sua falta pode causar problemas nos carboidratos, proteínas e nas membranas (KIRKBY, 2007). Como já dito, em grande quantidade, pode causar intoxicação e desencadear vários problemas de saúde (NASCIMENTO, 2009). Acroder-matite enteropática é uma das doenças causadas pela falta de zinco no organismo, que é desencadeada na infância sendo identificada pelos sintomas de diarréia, lesões na pele e perdas de pelos pelo corpo, pode também causar anorexia, deficiência no feto e intolerância à glicose. O seu principal papel no corpo humano é realizar o transporte do gás carbônico e controle do pH do sangue (MAFRA, 2004).
Cobre metálico. (ABSOLO, 2016)
É um metal avermelhado de boa condutibilidade, bastante maleável que oxida facilmente, formando uma camada de óxido (CPRH, 2001). Apresenta-se no ambiente nos estados de oxidação (+I), (+II) e (+III), sendo o único apresentado em solução o Cu2+(LEE, 2000).
Ele é devolvido ao ambiente em forma de poluição através de resíduos de indústrias, mineradoras, uso de fertilizantes e pela utilização de lodos de limpeza de esgotos residenciais.
A necessidade de cobre para uma pessoa adulta é de 100mg, tendo como necessidade diária 4 a 5mg (LEE, 2000; VOLESKY,1990), sendo que em grandes quantidades provocam irritações no sistema nervoso central, problemas Hepáticos e mal de Wilson. Sua falta em animais pode causar anemia (CASTRO, 2006).
O cobre é presente nas plantas em forma de Cu, sendo transportado pelo xilema e floema, não sendo eliminado, mas sim acumulado nas folhas. Sua distribuição só ocorrerá novamente se houver falta do mesmo. Funções bioquímicas do cobre: é complexado com compostos orgânicos e proteínas, tem grande participação nos processos fisiológicos das plantas e sua ausência impede a reprodução. Em concentrações excessivas provoca problemas nas células radiculares, atrasa e reduz o desenvolvimento de raízes e mudas, pode-se identificar sua presença pela ocorrência de manchas amareladas, devido à falta de produção suficiente de clorofila (MORRIL, 2008).
Geralmente as necessidades de cobre são supridas com a ingestão de alimentos diariamente, porém se manifesta em recém-nascidos desnutridos, prematuros e os que são alimentados com fórmulas lácteas. Além de causar diarreias, diminuição da imunidade,ficando vulnerável a infecções e ainda prejudicando a atividade da enzima SOD, que levará a morte da célula (MACÊDO, 2010).
Estanho metálico. (LEMOS, 2015)
É encontrado como minério de cassitéria(SnO2), sua forma inorgânica tem características como um metal branco acizentado, podendo ser encontrado como cloretos, óxidos, fluoreto e estanato de sódio e potássio, podendo ser lançado no ambiente pela realização de atividades humanas: agrícola, refinamento e inçineração (BORGES, 2008). É encontrado em solução aquosa como íons estanho (IV), ou como íons hexahidroxiestanato (IV), ou simplesmente estanato, [Sn(OH)6]2- formando assim um equilíbrio (VOGEL, 1981)
É muito resistente a alguns agentes corrosivos, por isso é muito utilizado em revestimento de objetos domésticos, farmacêuticos, industriais, ligas e no revestimento de chapas de aço e embalagens alimentícias (VEIT, 2006).
Na natureza apresenta-se em forma inorgânica e orgânica, está que é produzida pela metilação de Sn inorgânico. Esta metilação é biótica ou abiótica podendo, em condições ambientes, ser realizada pela luz solar e por microrganismos (BORGES, 2008). Não é volátil em temperatura ambiente, porém dependendo do tamanho do particulado pode ser carregado pelos ventos, podendo ser depositado em solos e águas, que dependendo de sua espécie química levará um determinado tempo para ser eliminado (CETESB, 2013).
Suas principais formas poluentes são a tributilestanho e trifenilestanho, que estão presentes em tintas utilizadas como anti-incrustantes em navios, sendo uma grande ameaça ao ambiente aquático em locais de atividade naval. Seus compostos afetam diretamente a reprodutividade da biota marinha que pode levar a diminuição ou extinção de espécies (MARTINS, 2013). Possui baixa solubilidade e pouca mobilidade. Em sua forma inorgânica é encontrado nos estados de oxidação Sn2+ e Sn4+ (BORGES, 2008, p.27).
Não são evidenciados sinais de necessidades de níquel no corpo humano, mas sim essencial a ratos para seu desenvolvimento (BORGES, 2008).
Como já dito, o estanho é utilizado para o revestimento de embalagens alimentícias, permanecendo os alimentos com seus conservantes em contato com o metal. Este contato, influenciado pelo tipo de alimento, pH, tempo e agentes, causam a dissolução do estanho, que se mostrará no estado (+ II), que é melhor absorvido pelo organismo.O estado orgânico do metal, também aparece em alimentos, sendo estes aplicados como pesticidas.Além da ingestão do alimento, a contaminação pode ocorrer também pelo contado e inalação. As duas formas do estanho presentes na natureza não se acumulam no organismo, mas alguns órgãos possuem sítios onde ocorre sua deposição, tendo um tempo de 10 dias para ser eliminados pelas fezes e urinas (BORGES, 2008), não sendo conhecidos seus efeitos a longo prazo (FISPQ, 2011).
(ICZ- Instituto de metais não ferrosos).
É um metal de cor cinza, com boa condutibilidade e resistência à corrosão contra ataque químicos, exceto ácidos nítrico e clorídrico e pelo amoníaco. Com fim decorativo, o níquel ainda é banhado por uma camada de cromo para que apresente brilho impedindo a corrosão (CPRH, 2001). É muito utilizado em suas formas como: sulfatos, óxidos e como catalisador para revestimento de outros metais (ferro e aço), sendo aplicado em moedas, baterias, entre outros (CASTRO, 2006).
Sua poluição se deve a liberação de particulados pelas chaminés de indústrias (ZEITOUNI, 2003), este permanece no ar até que a chuva o deposite no solo, podendo prejudicar a vegetação local sem contar ainda com a contaminação por fertilizantes. O níquel, muitas vezes, é transportado pelos solos ácidos atingindo assim as águas, sendo que causa redução do desenvolvimento dos seres locais, mas estes organismos acabam criando uma resistência ao níquel, que seria um limite que é absorvido por plantas e animais, sendo assim, não é um metal biocumulativo (CASTRO,2006). Este metal tem sua absorção interrompida quando esta na presentes Cu2+ e Zn2+ (MORRIL, 2008).
O níquel está presente nas plantas na forma Ni+2 e complexado como quelato. Quando à falta deste no organismo ele se redistribui rapidamente, suprindo a necessidade. Seus principais benefícios a planta são: ajuda na fixação do nitrogênio e melhora a resistência à doenças, sendo considerado tóxico em valores maiores que 50 mg/kg de matéria seca. Este excesso pode causar a inibição de absorção de Fe e de nutrientes, amarelamento das folhas maiores, menor crescimento de folhas novas, desfolhamento e morte da planta. Sua contaminação acontece pela ingestão de alimentos provenientes de solos contaminados (MORRIL, 2008), em altas concentrações causa vários tipos de câncer e reações alérgicas aos seres vivo (CASTRO, 2006).
(KNEALE, 2014).
É um elemento de cor acinzentada, muito resistente (VAZ, 2009), sendo sua principal obtenção é através do minério de cromita (FREITAS, 2006), sendo mais comum em seus estados Cr (III) e Cr (VI) em solução (VAZ, 2009). Bastante utilizados com fins decorativos, evitando manchas, brilho e durabilidade do objeto, ou também pode ser utilizado como cromo duro (camada espessa) lhe conferindo resistência ao calor, a corrosão e a erosão (VAZ, 2009).
Suas maiores fontes de contaminação são provenientes de processos industriais, como na galvanoplastia, produção de cimento, cerâmica, e principalmente em indústrias de curtumes, onde estão presentes muitos resíduos de metais pesados que precisam passar por algum tipo de tratamento antes de ser despejados em rios (SILVA, 2006).
O cromo trivalente, em quantidades adequadas, não trás riscos a saúde humana (é essencial), sendo que se tem um parâmetro estabelecido de que em água potável deve-se ter a presença apenas de 0,05 mg/L ( MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2011). Tem papel fundamental no metabolismo da glicose podendo até corrigir a intolerância desta em pacientes diabéticos (tipo 2), protege o aparelho cardiovascular e diminui o colesterol e utilizado como antidepressivo (FREITAS, 2006).
No corpo humano o cromo é mais absorvido em sua forma mais tóxica, pela pele, trato gastrointestinal e pela respiração. Com o aumento do pH a sua absortividade pode aumentar, tornando-o mais tóxico, pelo contrário o cromo(III) acaba ligando-se a da constituintes a primeira camada da pele. Os efeitos do cromo(III) são conhecidos, como o depósito, principalmente, no fígado e no baço, sendo sua retirada feita pelas fezes e urina (FREITAS, 2006). Já no cromo(VI) pode causar ao ser humano câncer, doenças respiratórias e alergia, sua contaminação é pela solubilidade do mesmo (SILVA, 2006).
Em ambientes aquáticos a toxidade do cromo pode ser influenciada pelo pH, temperatura, total de oxigênio dissolvido, entre muitos outros, sendo que sua forma mais tóxica a biota marinha é o cromo hexavalente que pode se hidrolisar, tendo um limite máximo de concentração de 0,010 ppm. Ele pode se bioacumular durante o processo da cadeia alimentar (FREITAS, 2006). Apesar do cromo hexavalente se apresentar como forma mais tóxica, os dois em altas concentrações tornam-se prejudiciais.
Não é comprovado a sua essencialidade para as plantas, mas pode influenciar, juntamente os microrganismos (CASTILHO, 2001), no aumento da fixação de nitrogênio, dependendo de sua espécie o cromo torna-se imóvel permanecendo nas raízes, onde se tem a redução do cromo(III) para o (II), que é a forma absorvida pelas plantas. Seus efeitos se manifestam pela diminuição do crescimento das folhas e raízes e aparecimento de manchas amarelas que levam a morte da planta (MORRIL, 2008).
Figura 2 - mineração na região de Guararema/SP (MECHI&SANCHES,2010).
A mineração tem papel importante no bem viver das pessoas, pois ela contribui para um grande desenvolvimento social e econômico, sendo isto bem confirmado na conferência RIO+10, 2002, em Johanesburgo, onde esta atividade foi considerada essencial para o desenvolvimento (FARIAS, 2002).
No Brasil temos grande potencial minerador, principalmente nas regiões sul e sudeste, pois nossos solos são abundantes em comparação mundial, produzindo assim por volta de 70 substâncias. Detêm também as maiores reservas de caulim, nióbio, tantalia, grafita, alumínio, estanho, talco, vermícula, magnesita, ferro e manganês, onde as maiores empresas mineradoras com reconhecimento internacional são: A Vale do Rio Doce, responsável pelo minério de ferro, a de Carajás e do Quadrilátero Ferrífero, a MBR, também com a extração de minério de ferro, a Mineração Rio norte com a produção de bauxita e a CBMM produzindo pirocloro. (BARRETO, 2002).
Essa grande dependência da mineração para o desenvolvimento do país, também tem seus prejuízos. Seus efeitos ambientais podem ser citados desde a extração do minério até o transporte e distribuição, sendo que este altera as condições físicas do solo (FARIAS, 2002).É necessário o desmatamento e impedimento da regeneração da vegetação para a exploração dos locais, onde toda a parte fértil do solo acaba sendo retirada, deixando-o desprotegido, consequentemente causando erosão, lixiviação e, por causa de todos os sedimentos serem depositados no fundo de rios e lagos, causar o assoreamento e aumento dos níveis da água, o que proporcionará maior facilidade de alagamentos em locais próximos a este, isso causará impactos também a fauna e a flora e um desconforto social (MECHI&SANCHES, 2010). Além disso, após o abandono das minas, restam ainda resíduo como óleos, graxas e metais pesados, grande poluição do ar, dos solos, rios e lençóis freáticos,que acabam desencadeando má condições a população, que podem adquirir várias doenças sendo expostos a esses tipos de poluição (FARIAS, 2002).
Em ambiente marinho as únicas atividades de mineração praticadas são a extração de areia e cascalho, retirada de algas e conchas e a exploração de petróleo. Todos os processos trazem prejuízos ao ambiente marinho afetando a turbidez da água, a produtividades dos animais bentônicos, espalhar substâncias tóxicas que podem causar vários problemas gênicos e comportamentais, afetando até sua reprodutividade e crescimento e por fim nos despejos feitos em rios e mares, podem estar presentes nutrientes que causam o crescimento excessivo de algas, que diminuem o oxigênio dissolvido em água e causam a morte de peixes e das próprias algas tornando-se um local praticamente morto (GOMES, 2000).
Figura 3 - Visão aérea de Bento Rodrigues, antes e depois do rompimento da barragem (TERRAS BRASIS RESSEGUROS, 2016).
A barragem do fundão, que pertence a mineradora Samarco, despejou, com seu rompimento, quantidades grandes de rejeitos (LACAZ, 2016). A partir de 2008, quando recebeu sua licença de funcionamento, a Samarco não parou de fazer alterações no projeto da barragem (FREITAS, 2015). Em 2014 foram encontrados princípios de rachos e em 2015, após tantas modificações, no dia 5 de novembro a barragem não suportou e veio a expelir milhoes de metros cúbicos de lama que atingiu as cidades deMariana, Barra Longa, Rio Doce, Santa Cruz do Escalvado e Rio doce de onde foi impedida sua passagem indo em direção ao rio Doce e depois ao oceano atlântico, colocando em estado de alerta muitos outros municípios (TERRA BRASIS, 2016). São levadas em consideração para seu rompimento: entupimento do sistema de drenagem do líquido; aparecimento de trincas; e aumento da deposição de rejeitos.
Este desastre acabou afetando o ambiente, a saúde humana e a condição socioeconômica. No ambiente causou grandes impactos ao solo, que por ser tomado pela lama (que apesar de não tóxica) fica impossibilitado de receber água e produzir a matéria orgânica necessária, atingindo assim os vegetais, que não poderão se desenvolver, aumentando-se a erosão do local, onde poderá ocorrer deslizamentos com mais frequência e intensificar o processo de assoreamento nos rios (FREITAS, 2015). Os principais rios atingidos foram: Gualaxo do Norte, Carmo e parte do rio Doce até a barragem de Candonga, sendo que nestes houveram danos a todo ambiente aquático (LACAZ, 2016). Em análises foram comprovadas elevados teores de óxido de ferro, manganês, sílica e pelo contato da água com sedimentos de mineração passada, elevou-se a concentração de alumínio, arsênio, cádmio, cobre, cromo, manganês, níquel, chumbo e mercúrio, sendo que vários destes acabam se biocumulando no decorrer da cadeia trófica(FREITAS, 20015).
Para a população os primeiros impacto foram as 19 mortes, depois começaram o caos de falta de água potável e alimentos, difícil recuperação do clima, proliferação dos insetos transmissores de doenças e problemas respiratórios causados pela aspiração de partículas dos rejeitos sedimentadas (FREITAS, 2015), já no caso socioeconômico, foram destruídos grandes edificações (389 unidades habitacionais, 2 instalações públicas de saúde e 6 de ensino, principalmente em Mariana), pontes, vias e demais equipamentos urbanos. Prejudicando a geração e distribuição de energia, seguidos de serviços de tratamento de esgotos, saúde pública, limpeza urbana e destinação dos resíduos, transporte e educação, entre outros(LACAZ, 2016). Conta-se também os prejuízos da empresa Samarco que ficou inativa e o setor agropecuário, que foi duramente atingido por causa da lama proveniente do rompimento, onde o solo mostrou-se castigado e impossibilitado para plantio (TERRA BRASIS, 2016).
Como todos os processos existentes para tratamento de efluentes gera algum tipo de complicação, começou-se a investir na utilização da matéria orgânica, que provavelmente não teria outros fins a não ser acúmulo de lixo. Pois então descobre-se o grande potencial adsorvente da Biomassa de plantas aquáticas, serragem de madeira, bagaço de cana, sabugo de milho, coco babaçu e o coco da praia, entre muitos outros que se comportam de forma muito parecida com o carvão ativado, mas com a grande vantagem de serem de baixo custo (SILVA).
A adsorção é uma operação de transferência de massa, a qual estuda a habilidade de certos sólidos em concentrar na sua superfície determinadas substâncias existentes em fluidos líquidos ou gasosos, possibilitando a separação dos componentes desses fluidos (SILVA, 2010).
Figura 4 - Representação do que acontece com as partículas adsorvidas em um material (MORELLI, 2015).
Os processos de separação por adsorção estão baseados em três mecanismos distintos: o mecanismo estérico, os mecanismos de equilíbrio e os mecanismos cinéticos. Para o mecanismo estérico, os materiais porosos, classificados como adsorventes, que possuem tamanhos determinados facilitando e separando as moléculas que adentrarão nos poros. Para os mecanismos de equilíbrio, têm-se as habilidades dos diferentes sólidos para acomodar diferentes espécies de adsorvatos, que são adsorvidos, preferencialmente, a outro composto. O mecanismo cinético está baseado nas diferentes difusividades das diversas espécies nos poros adsorventes (NASCIMENTO, 2014, p.14).
Temos duas classificações para a adsorção: a Fisiossorção, que é caracterizada pela fraca ligação do compostos presentes nas soluções com o adsorvato, classificadas como ligações de Van der Waalls, onde não se ocorre mudança na natureza química deste, e a quimissorção, que envolve troca de elétrons por meio de uma reação química, sendo considerada assim como ligações muito mais fortes que as da fisiossorção (NASCIMENTO, 2014) .
Os fatores que mais influenciam na adsorção são: área superficial, as propriedades do adsorvente e do adsorvato, a temperatura do sistema, natureza do solvente e o pH do meio. (SILVA, 2014).
A bissorção acaba sendo uma nova alternativa para a remoção de metais em água, pois consiste no mesmo conceito de adsorção, só que com a diferença de ser feito com a biomassa em vez do carvão ativado, que se mostra com alto custo no mercado(SILVA).
Além das biomassas citadas anteriormente, foi descoberta também que a da casca da banana tinha potencial adsorvente, Milena Boniolo fez experimentos com a casca da banana para a biossorção do Urânio, e provou assim, por meio de testes como microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho (IR), sua eficiência, onde a primeira determinou sua morfologia e a segunda os grupos funcionais presentes na casca (BONIOLO, 2008).
A banana do gênero musa da família musaceae é de grande valor nutricional, onde esta possui alto teor de carboidratos, vitaminas e sais minerais. Tem recebido mais atenção pois descobriu-se que esta possui características aromáticas. Foram identificados 350 compostos onde os que se encontram em maior quantia são os ésteres amil e ésteres isoamil de ácidos butírico, propiônico e acético (FRANCO, 2015, p.101).
Além dos já citados foram encontrados compostos químicos como: taninos, eugenol, tiramina, compostos fenólicos, antocianinas, sais minerais e vitaminas A, C, B1, B2, B5; serotonina, levarterenol, dopamina, esteróides como β-sitosterol e estigmasterol; Os compostos pró vitamina A identificados foram: trans α-caroteno, trans β-caroteno e β-criptoxantina. Através de análises por HPLC, determinaram uma concentração de 158 mg/g de sólido seco de galocatequina e 907 mg/g de sólido seco de fenólicos totais. Além de quantidades significativas de ácidos graxos insaturados como o ácido linoléico (ômega-6) e α-linolênico (ômega 3) (ROSSO, 2009).
Tabela 2 - Composição dos ácidos graxos presentes nas cascas de bananas da variedade Grande Anã (ROSSO, 2009).
Os fitoesteróis e triterpenos encontrados na casca de banana foram: β-sitosterol, stigmasterol, campesterol, cicloeucalenol, cicloartenol e 24-metileno cicloartanol (ROSSO, 2009, p.7-10).
A casca da banana, como já dito, também é composta por minerais essenciais como: 66,71 mg de cálcio, 1,76 mg de ferro; 59,27 mg de sódio,29,96 mg de magnésio, 1,00 mg de zinco, 0,10 mg de cobre, 300,92 mg de potássio em 100g de amostra. Em sua composição á lipídios com a porcentagem de 0,99% de proteínas e carboidratos 4,91%. Seu valor calórico e 35,30 e 89,47 de água(GONDIM,2005).
A banana é um fruto muito importante para sua comercialização. É cultivada em regiões tropicais, sua colheita é persistente o ano todo. Os maiores produtores mundiais de banana, segundo a Organização das Nações Unidas para a Alimentação e Agricultura (FAO) (TAB. 1), são a Índia, Filipinas, China e Equador, que somam cerca de dois terços das exportações mundiais. O Brasil é o 5º maior produtor mundial de banana, produz aproximadamente seis milhões de toneladas por ano de banana (Musa spp.), com consumo médio da ordem de 35 kg/ habitante / ano (FRANCO, 2015, p.101).
Tabela 3 - Os maiores produtores mundiais de banana (FRANCO, 2015).
O cultivo da banana tem grande desperdício em suas etapas como cultivo, colheita, transporte e comercialização. Geralmente suas cascas são descartadas e jogadas a céu aberto de forma que sejam atraídos animais que podem transmitir doenças.
Anualmente, somente no Brasil, tem-se uma geração de resíduo industrial de cerca de 83.537 toneladas de cascas de banana (ROSSO, 2009).
A casca primeiramente foi seca e moída, tendo sido passada por peneira de diferentes diâmetros. Sua coloração ficou escura após secagem tendo também um cheiro adocicado.
Segundo testes de MILENA BONIOLLO, que submeteu as cascas de banana a microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho (IR). A primeira para fornecer a morfologia, e a segunda para indicar os grupos funcionais presentes (BONIOLLO, 2008).
Figura 5 - Micrografia da casca de banana ampliada 1000x (BONIOLO, 2008).
Pode-se notar com a micrografia o quão fibrosa é a casca da banana pós secagem, onde tem-se camadas sobrepostas de fibras nas quais são observados alguns grãos menores aderidos aos grupos maiores da biomassa. Essa morfologia favorece a aderência dos metais em solução. Sua casca é formada principalmente por carbono,o oxigênio e o hidrogênio. Com a espectroscopia de infravermelho pode-se identificar como estão ligados e a quais grupos funcionais pertencem (BONILLO, 2008).
Com a espectroscopia de infravermelho ainda puderam ser identificadas bandas de absorção que foram relacionada a seus grupos funcionais.
Figura 6 - Espectro de infravermelho da casca de banana (BONIOLO, 2008).
Pode-se deduzir que os grupos funcionais responsáveis pela adsorção de metais em solução, sejam os grupos carbonila e hidroxila, que estão presentes nos carboidratos em forma de celulose, hemicelulose, lignina e derivados, que lhe confere uma carga negativa responsável pela fixação dos metais (BONILLO, 2007; SOUZA, 2015).
A espectrofotometria é um método analítico de boa eficiência e baixo custo. Faz a medição de espécies que absorvem a radiação e determinação de parâmetro físico-químicos. Ela é fundamentada na lei de Lambert-beer,para medidas de absorção de radiação em determinado comprimento de onda, tem-se(RODELLA, 2007):
A = log(Io /I) = εbc
Onde A é a absorbância, Io é a intensidade da radiação monocromática que incide na amostra e I é a intensidade da radiação que emerge da amostra. A absortividade molar (ε) é uma grandeza característica da espécie absorvente, cuja magnitude depende do comprimento de onda da radiação incidente. O termo c é a concentração da espécie absorvente e b, a distância percorrida pelo feixe através da amostra (ROCHA&TEIXEIRA, 2004).Os comprimentos de onda entre 450 e 750 nm correspondem a luz visível, sendo estas absorvidas pelas substâncias que ganham (violeta, azul,verde e amarelo) cor conforme o comprimento absorvido (RODELLA, 2007).
|
Radiação |
Intervalo de comprimento de onda |
Transições atômicas ou moleculares envolvidas |
|
||
|
Raio X |
10-3-10NM |
Elétrons da camada K e L |
|
||
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Ultravioleta |
10-3-10NM |
Elétrons de camada intermediárias de valência |
|
||
|
Luz visível |
Verde |
465-493NM |
Elétrons de valência |
||
|
Amarelo |
493-559NM |
||||
|
Laranja |
559-580NM |
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|
Vermelho |
580-617NM |
||||
|
Infra vermelho |
617-750NM |
Vibrações moleculares |
|||
|
Microondas |
750NM-1MM |
Rotações moleculares |
|||
|
Ondas de Rádio |
1MM-1M |
------ |
|||
|
1M-1000M |
|||||
Tabela 4 - Intervalo de comprimento de onda correspondente a várias radiações (RODELLA, 2007).
Figura 7- Espectro eletromagnético (ROCHA, 2004).
Abaixo de 400nm (radiação ultravioleta) não é perceptível a olho nu e a infravermelha é apenas percebida pela mudança de temperatura (RODELLA, 2007).
No decorrer dos experimentos ocorreram problemas devido a medição de absorbância da amostra de sulfato de cobre resultante, sendo que esta estava variando e se apresentando muito alta. Cogitou-se que na solução de cobre em contato com a casca de banana houve uma troca de íons.
A partir de pesquisas descobriu-se que existem vários interferentes em águas que dificultam a determinação de concentração de íons cobre em solução, sendo estes: íons cádmio(II), cobalto(II), chumbo(II), ferro(III), manganês(II), níquel(II) e zinco(II).
Foram pesquisados a eficiência de remoção de metais com cada tipo de casca de banana e seus respectivos valores nutricionais, de onde decidimos utilizar a de melhor eficiência, que no caso foi a Banana Nanica. Sua utilidade pôde ser comprovada pelos testes como microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho (IR) realizados por Milena Boniolo.
Foram secas as cascas no secador de frutas a 60ºC por um dia, depois colocadas na estufa para retirada do resto de umidade e para o resfriamento colocadas no dessecador, em seguida armazenadas em potes secos. Para sua utilização foram trituradas com o auxílio do almofariz e pistilo e peneiradas até que ficassem em pó, foram armazenadas os dois tipos de granulometria: grossa e fina.
Preparou-se uma solução padrão de sulfato de cobre de 1 M, pesando-se 12,482g de CuSO4.5H2O em papel de pesagem na balança analítica. Essa massa foi transferida com pouco de água destilada para o balão volumétrico de 100 ml e adicionado 3 gotas de H2SO4 PA. e acertada até o menisco com água destilada, fazendo-se a homogeneização.
A partir desse padrão foram preparadas as diluições (0,020 mol; 0,030 mol e 0,040 mol) em balões volumétricos de 25 ml.
O espectrofotômetro primeiramente deve ser ligado e ajustado o comprimento de onda necessário, sendo que utilizamos 610 e 750 nm, logo após deve-se preparar o branco com água destilada, para que este seja descontado da leitura, assim as soluções diluídas já podem ser colocadas nas cubetas e feitas as leitura.
As diluições foram colocadas nas cubetas de 4 mL, o branco foi zerado, e foram feitas a medida de absorbância de cada diluição. A partir dos valores obtidos construiu-se uma curva de calibração.
Para a realização do teste de retirada dos metais,foram utilizadas as concentrações 0,030.. e 0,040.., 25 ml cada em um erlenmeyer, onde foi adicionada aproximadamente 2,000g de pó da casca de banana e deixada sob agitação por 40 minutos em um agitado magnético.
Após este tempo a solução foi filtrada a vácuo e recolhido seu líquido para análise. O pó da casca retido no papel de filtro foi seco em estufa a 100ºC por 50 minutos, colocado no dessecador para resfriar e posteriormente pesado para se fazer comparação com o peso inicial.
No líquido foi feita análise para retirada do ferro contido no pó da banana, que foi depositado. Em dois tubos de ensaio contendo cerca de 5 ml do líquido filtrado, foram adicionados 6 gotas respectivamente de, NaOH 6M e NH4SCN 0,1 M e colocados na centrífuga na velocidade 4, deixando cada um oposto ao outro para ter uma estabilização, por 30 minutos. Acabado isso retira-se os tubos da centrífuga e seus sobrenadantes que foram transferidos para as cubetas de 4 ml, fazendo-se a medição no espectrofotômetro para verificar à diminuição ou não da concentração.
Esta verificação foi feita através da equação obtida a partir da curva de calibração, onde os valores de absorbância da solução pós-banana são inseridos na equação, descobrindo-se a concentração das soluções problema.
Para a realização do teste de retirada dos metais, foram utilizadas as concentrações 0,030.. e 0,040.., 25 ml cada em um erlenmeyer, onde foi adicionada aproximadamente 2,000g de pó da casca de banana e deixadas em contato por maior tempo, sendo medidas no espectrofotômetro semanalmente (sem agitação). A cada semana foram retiradas 20 mL e filtrada a vácuo e assim sucessivamente com os mesmo procedimentos citados anteriormente até que se descubra a concentração.
Neste teste também foram feitas análises da presença de potássio e sódio no fotômetro de chama. Este antes de ser utilizado deve ser calibrado, primeiramente faz-se limpeza do aparelho deixando passar água destilada, e depois para a calibração é colocada a solução padrão de 100 ppm de Na e K. Após, pode-se utilizar o aparelho.
Para se fazer a leitura deve-se fazer uma diluição de 100 vezes da amostra, faz-se a leitura no fotômetro e anota-se os resultados.
Em pH 10 o EDTA reage com os íons Mg e Ca. Já em pH 12 o Mg forma Mg(OH)2 e somente o Ca estará livre na forma iônica para reagir com o EDTA.
- Determinação de Cálcio e Magnésio (pH 10)
Transfere-se 10 ml da amostra filtrada para um erlenmeyer de 250 ml, adiciona-se 2 ml de um tampão pH 10 (NH4Cl)/NH4OH) e a seguir, o indicador eriocromo T. Titula-se a amostra com EDTA 0,02 M até a mudança de cor vermelho vilho para azul. Fazer em duplicato.
- Determinação de Cálcio (pH 12)
Transfira-se para o erlenmeyer de 250 ml da solução filtrada, adiciona-se 4 ml da solução de KOH 8 M (preparada anteriormente) e, a seguir, 4 gotas de calcon. Titula-se com EDTA 0,02 M até a mudança de cor rosa para puro.
- Resultados e Discussão
Estes testes foram modificados a partir da apostila de Janaina Bruna, onde as concentrações da curva padrão foram modificadas (por apresentarem concentrações muito pequenas) e nas análises em espectrofotômetro não foi utilizado o NH4OH para o aparecimento de cor. Em nosso teste foram utilizadas as diluições 0,020; 0,030; 0,040, onde a partir destas foram preparadas outras diluições de concentrações intermediárias.
Das diluições padrão obtivemos os seguintes valores de absorbância:
|
Concentração das diluições (Mol) |
Absorbância (nm) |
|
0 |
0 |
|
0,020 |
0,140 |
|
0,030 |
0,210 |
|
0,040 |
0,273 |
Tabela 5 - Concentrações das diluições para construção da curva.
Sendo Colocados os dados no seguinte gráfico:
Gráfico 1 - Curva de calibração do experimento 1.
As diluições intermediárias de 4 e 6 mL de concentração desconhecida foram colocados no espectrofotômetro para se medir absorbância e a partir desta, utilizando a equação do gráfico, descobrindo-se a concentração de cada uma, sendo estas 0,0290 mol e 0,0477 mol, respectivamente. As diluições intermediárias serviram para testarmos a curva de calibração, onde a partir desta pode-se descobrir qualquer concentração (desde que estejam nos limites da curva).
Após construir a curva padrão, começou-se a testar o pó da casca da banana em uma solução de concentração 0,04 mol,sendo esta medida no espectrofotômetro obtendo-se a absorbância de 0,302 em um comprimento de onda de 750 nm, logo após foi adicionado 2,3055g do pó da casca de banana, deixando-o por 40 minutos em agitação. A solução foi filtrada e o papel de filtro onde ficou retido o pó foi seco e pesado, obtendo-se um valor de 1,6262g. A alíquota foi medida novamente obtendo-se uma absorbância de 0,577, esta apresentou uma coloração verde bem mais escura (inicialmente apresentava coloração azul).
Esperava-se que o peso final obtido fosse maior que no inicial, pois a lógica seria que a casca absorvesse o Cu e aumentasse o seu peso, porém obtivemos um peso menor, que inicialmente,que a princípio não pôde ser explicado, mas após testes qualitativos verificou-se que o ferro contido na casca da banana, solubilizou durante o processo, passando para a fase líquida, sendo provavelmente o responsável ou um dos responsáveis pela diminuição do peso da casca da banana.Já na solução o ferro presente se mostra como um interferente na análise por espectrofotômetro, impedindo obter um resultado favorável.
Figura 8 - Casca após filtragem e secagem em estufa.
- Experimento 2
Utilizamos a mesma solução padrão do experimento passado cuja absorbância era 0,302. Depois de descobrirmos que o ferro presente na casca da banana estava se solubilizando na solução de sulfato de cobre começamos as fazer mais testes qualitativos para sua identificação e retirada. Foram utilizados NaOH 6M e tiocianato de amônio 0,1 M para realizarem os testes, onde em um tubos foram adicionados 4 ml da solução filtrada em dois tubos de ensaio, nos mesmos foram adicionados 6 gotas de NaOH em um tubo e 6 gotas de tiocianato de amônio.
O tubo com NaOH adquiriu uma coloração azul escura, que mais tarde formou um precipitado vermelho-tijolo, já no tubo com tiocianato de amônio a solução apresentou uma coloração verde leitosa, que com um tempo precipitou-se. Deles foram retirados os sobrenadantes e estes medidos no espectrofotômetro, dando respectivamente de absorbância: no tubo 1: 0,357 ; tubo 2: 0,277.
Figura 9 - Tubos com hidróxido de sódio e tiocianto de amônio, respectivamente.
Com os resultados obtidos neste experimento, observou-se que a absorbância do tubo 1 deu-se maior do que o esperado e já a do tubo 2 diminui, porém não pode-se afirmar que esse resultado seja confiável, pelo fato de ser o primeiro experimento feito desta forma.
Preparou-se novas diluições, 0,030 e 0,040 mol, a partir de um novo padrão de sulfato de cobre 1 M. Estas foram medidas no espectrofotômetro após uma semana de prateleira dando as seguintes absorbâncias:
0,030 mol---- Absorbância 0,286
0,40 mol----Absorbância 0,517
Os valores obtidos não são fixos (o aparelho não conseguia deixar a absorbância estagnada), sendo provavelmente o motivo dessa oscilação a oxidação da solução de sulfato de cobre. Esta solução foi descartada por falta de estabilização da medição.
Foi preparado novamente uma solução de sulfato de cobre 1 M, mas agora com 5 gotas de ácido sulfúrico (que servirá como um estabilizador na solução). Foram feitas então novamente as diluições, 0,030 e 0,040 mol.
Para demonstrar como a solução de cobre após um tempo armazenada pode variar utilizou-se as diluições do primeiro experimento 1e as feitas no mesmo dia, onde estas apresentaram:
RESULTADOS OBTIDOS NO PRIMEIRO EXPERIMENTO
|
Concentração das diluições (Mol) |
Absorbância (nm) |
|
0 |
0 |
|
0,020 |
0,140 |
|
0,030 |
0,210 |
|
0,040 |
0,273 |
Tabela 6 - Apresentação de resultado de absorbância 01/07/2017 para comparação com os dados atuais.
RESULTADOS APÓS UM MÊS
|
Concentração das diluições (Mol) |
Absorbância (nm) |
|
0,030 |
0,420 |
|
0,040 |
0,246 |
Tabela 7- Apresentação de resultado de absorbância após um mês de preparo.
RESULTADOS DA SOLUÇÃO PREPARADAS NO DIA
|
Concentração das diluições (Mol) |
Absorbância (nm) |
|
0,030 |
0,181 |
|
0,040 |
0,239 |
Tabela 8 - Apresentação dos resultados de absorbância de sulfato de cobre prepara no dia.
Com esses dados pode-se observar que a solução antiga teve sua absorbância modificada, provavelmente pela oxidação da solução de sulfato de cobre, concluindo assim que a cada experimento realizado deve-se preparar um novo padrão pois a suas modificações podem interferir em sua leitura.
Figura 10 - Comparação das diluições preparadas
A partir de várias aulas práticas, onde os resultados obtidos deram acima do esperado, podemos supor a hipótese de que da mesma forma que o ferro se solubilizava os outros constituintes da banana (presente em grande quantidade), poderiam estar também se solubilizando e se tornando interferentes. Foram listados: Cálcio (por meio de titulação), sódio e potássio (no fotômetro de chama).
Com isso, preparou-se o experimento para a determinação de cálcio, onde titulou-se EDTA 0,1 M em uma solução de pós-banana, porém a titulação acabou não sendo necessária pois quando adicionou-se o tampão pH 10 e o indicador Ericromo-T a solução foi diretamente para a cor azul (esta deveria ficar com a cor vermelho vinho e a partir da titulação se tornar azul). Concluímos assim que provavelmente em nossa solução o cálcio não estava presente ou se apresentava em pouca quantidade, sendo esta pouco prejudicial aos valores obtidos.
Figura 11 - Solução resultante após adição do tampão 10 e indicador Ericromo-T
Para a determinação de potássio e sódio foi utilizado o fotômetro de chama, sendo que a solução final utilizada (após a adição da banana) passou pelos mesmos processos anteriores, a partir desta foram feitas outras soluções cem vezes mais diluídas.
Foram utilizadas as seguintes soluções para obterem os resultados e realizar a relação:
|
Data da solução resultante e da análise |
Situação em que a solução foi submetida |
Concentração de Sódio (Na) em ppm |
Concentração de Potássio (K) em ppm |
|
Solução feita e analisada em 09/08 |
Deixada em agitação por 40 minutos. |
1 |
103 |
|
Solução feita e analisada em 04/10 |
Sem agitação |
61 |
103 |
|
Solução feita e analisada em 06/10 |
Deixada em agitação por 30 minutos. |
1 |
74 |
|
Solução feita em 04/10 e analisada em 11/10 |
Deixada em repouso para representar uma |
0 |
33 |
|
Solução feita em 04/10 e analisada em 25/10 |
lagoa de contenção |
3 |
22 |
Tabela 9 - Concentrações (ppm) de macronutrientes após adição da casca de banana em solução.
Estes resultados variam assim pois cada um foi submetido a um tipo de situação, mostrando que quanto mais tempo da solução em contato com o pó da banana as concentrações de potássio diminuíram.
Preparou-se novamente uma solução de sulfato de cobre e as respectivas diluições para se testar o comprimento de onda que menos variasse e tornasse a análise mais confiável.
|
Comprimento de onda (nm) |
Eficiência dos comprimentos de onda |
|
480 |
Os valores obtidos foram muito baixos, podendo ter uma grande variação e assim interferindo na análise. |
|
610 |
Obteve-se uma estabilidade nos valores obtidos do aparelho, sendo o mais aceitável para a construção da curva de calibração. |
|
650 |
Os valores variaram muito durante a medição, impossibilitando a construção da curva de calibração com resultados exatos. |
|
750 |
Apesar de se mostrar eficiente nas primeiras medições, após algum tempo começou a variar, elevando muito o resultado. |
Tabela 10 - Comparação de resultados obtidos em vários comprimentos de ondas e escolha do melhor.
Utilizando os valores de absorbância obtidos no comprimento de onda de 610 nm construiu-se uma tabela e a partir dela um gráfico da curva de calibração.
|
Contração da solução (mol) |
Absorbância |
|
0,020 |
0,127 |
|
0,030 |
0,197 |
|
0,040 |
0,209 |
Tabela 11 - Concentrações e respectivas absorbâncias no comprimento de onda 610 nm.
Gráfico 2 - Construção da curva de calibração a partir de novo teste com comprimento de onda diferente.
Utilizou-se a solução 0,040 para o teste com o pó da casca da banana, esta foi agitada, filtrada, adicionado o tiocianato de amônio, retirado o sobrenadante e medido no espectrofotômetro, obtendo a absorbância de 0,116. Com isso, mostrando-se a eficiência da casca de banana para a retirada de íons de cobre, pois a sua concentração final de 0,0178 mol.
Utilizamos a mesma solução preparada na aula anterior fazendo as diluições, construindo-se assim uma nova curva para verificar se ocorreram variações.
|
Contração da solução (mol) |
Absorbância |
|
0,020 |
0,164 |
|
0,030 |
0,254 |
|
0,040 |
0,278 |
Tabela 12 - Concentrações e respectivas absorbâncias feitas para comparar a variação de valores.
Gráfico 3 - Construção da curva de calibração para obtenção da equação da reta.
Utilizou-se a solução 0,040 para o teste com o pó da casca da banana, esta foi agitada, filtrada, adicionado o tiocianato de amônio, retirado o sobrenadante e medido no espectrofotômetro, obtendo a absorbância de 0,234. Com isso, mostrando-se a eficiência da casca de banana para a retirada de íons de cobre, pois a sua concentração final de 0,0308 mol.
Utilizamos a mesma solução preparada na aula anterior fazendo as diluições, construindo-se assim uma nova curva para verificar se ocorreram variações.
|
Contração da solução (mol) |
Absorbância |
|
0,020 |
0,239 |
|
0,030 |
0,306 |
|
0,040 |
0,351 |
Tabela 13 - Concentrações e absorbâncias na releitura das diluições já preparadas.
Gráfico 4 - Construção da curva de calibração a partir dos resultados obtidos.
Utilizou-se a solução 0,040 para o teste com o pó da casca da banana, esta foi agitada, filtrada, adicionado o tiocianato de amônio, retirado o sobrenadante e medido no espectrofotômetro, obtendo a absorbância de 0,326. Com isso, mostrando-se a eficiência da casca de banana para a retirada de íons de cobre, pois a sua concentração final de 0,0338 mol.
A partir dos resultados obtidos em laboratório e com base em pesquisas realizadas para a complementação do conteúdo, pôde-se observar a grande eficiência do pó da casca da banana como alternativa para retirada de metais provenientes de efluentes produzidos pelas indústrias galvânicas.
Segundo os testes realizados pode se dizer que os experimentos realizados apresentaram bons resultados, sendo que dê uma concentração inicial de 0,040 mols de Cobre, após o acréscimo do pó da casca da banana a mesma solução apresentou uma concentração de íons cobre menor sendo esta de 0,0178 mols que foram quantificados por colorimetria.
Mas para a obtenção dos presentes resultados foram necessários a utilização de testes qualitativos, pois os constituintes metálicos da casca da banana, conhecidos como macronutrientes (K e Na) (tem q colocar o + em cima) se solubilizavam na solução de sulfato de cobre. E como maior interferente solubilizado tinha-se o ferro, que atribuía uma nova coloração a solução a ser analisada, deixando-a verde escuro (inicialmente sendo esta azul), impossibilitando assim a quantificação do cobre em solução. Para sua retirada foram utilizados os reagentes: Tiocianato de Amônio e Hidróxido de Sódio, o primeiro resultando inicialmente em uma coloração verde leitosa, que mais tarde precipitou-se como tiocianato de ferro (III) de cor cinzenta, conferindo a solução uma coloração verde clara; já no segundo obteve-se uma coloração azul intensa, que posteriormente precipitou-se como Hidróxido de ferro (III) de cor vermelho-tijolo, deixando a solução com uma tonalidade azul escuro. Comprovou-se assim a presença do ferro em solução. Estes foram submetidos a centrifugação, para que a precipitação o corresse mais rapidamente. Os sobrenadantes por fim foram retirados e analisados no espectrofotômetro UV-Vis. Mas dos reagentes utilizados, o único que surtiu efeitos favoráveis para a determinação da concentração de cobre foi o tiocianato, funcionando como um ótimo precipitante do ferro.
Já os macronutrientes tiveram suas concentrações determinadas por análises no fotômetro de chama, onde de uma solução estoque com casca de banana eram preparadas diluições que foram analisadas em períodos de contato diferentes. Os melhores resultados foram obtidos em soluções que ficaram em repouso e com pouco tempo de contato, sendo as concentrações de 61 ppm de Sódio e 103 ppm de Potássio.
Por meio dos dados apresentados pôde-se supor que efluentes tratados com o pó da casca da banana, em vez de serem despejados em rios e lagos poderiam ser utilizados como fertilizantes para pequenas plantações, pois está água contém nutrientes essenciais para o desenvolvimento de uma planta.
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