Comparação da biossorção de Ce3+ e La3+ pelos fungos pigmentados Aspergillus nidulans (mutante MEL1) e Cladosporium sp.: Efeito do pré-tratamento da biomassa

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Andrade, Jazmina Carolina Reyes
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Biossorção; Terras-raras; Fungo pigmentado; Pré-tratamento; Biomassa encapsulada; Biomassa imobilizada; Remoção de metais; Biosorption; Pigmented fungus; Pretreatment; Encapsulated biomass; Biomass immobilized; Metal removal
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/166385

A biossorção é considerada uma tecnologia eficiente, economicamente viável e ecologicamente sustentável comparada aos métodos convencionais para a remoção e recuperação de metais de alto valor agregado, como as terras-raras (TRs), presentes em efluentes industriais. No entanto, o grande desafio para o sucesso deste processo é selecionar um biossorvente com alto desempenho, seletividade, disponibilidade em grande quantidade e baixo custo. Neste contexto, o presente estudo avaliou a capacidade de biossorção dos elementos cério e lantânio pela biomassa pigmentada produzida pelos fungos Aspergillus nidulans (mutante MEL1) e Cladosporium sp. como também o efeito dos pré-tratamentos físicos e químicos. Dentre os biossorventes estudados, a biomassa de A. nidulans (mutante MEL1) foi selecionada por apresentar uma maior taxa de crescimento (37,5 mg L-1 h-1) como também uma capacidade de remoção para íons Ce3+ (27%) e La3+ (21%) superior ao Cladosporium sp. Os resultados referentes ao efeito dos pré-tratamentos mostraram que a biomassa pré-tratada com CaCl2 (0,5 mol L-1 à temperatura ambiente) exibiu uma maior capacidade biossortiva para Ce3+ (qmax = 76,92 mg g-1), enquanto que a biomassa pré-tratada com NaOH (0,2 mol L-1 à temperatura ambiente) apresentou maior biossorção para La3+ (qmax = 96,15 mg g-1). Em relação a manutenção do pH em 5,1 durante o processo de biossorção foi observado um aumento de 33% e 20% na capacidade biossortiva de Ce3+ e La3+ respectivamente, em comparação ao processo sem ajuste de pH. Com a caracterização da biomassa por MEV foi possível observar a natureza irregular e porosa do material, o que proporciona uma maior área de superfície e favorece a adsorção dos metais na superfície. Os espectros EDS confirmaram a presença de Ce3+ e La3+ na superfície da biomassa. As análises de FTIR indicaram a presença de grupos carboxílicos, amínicos e hidroxílicos na parede celular do fungo, os quais podem interagir com metais. A modificação química da superfície do biossorvente por metilação e esterificação confirmou que os grupos amina e carboxílicos participam como sítios ligantes para Ce3+ e La3+. Com o objetivo de utilizar as biomassas pré-tratadas em processo de larga escala, foi realizado a imobilização em alginato de cálcio e o encapsulamento em membrana de celulose. Os estudos cinéticos mostraram que o tempo de equilíbrio para as biomassas encapsuladas ou imobilizadas (180 minutos) foi maior comparado com a biomassa livre (90 min), provavelmente devido ao aumento da resistência de transferência de massa nas formas imobilizadas e encapsuladas. Os dados experimentais foram mais bem ajustados (r2 > 0,99) ao modelo de Langmuir, o qual descreve que a adsorção em monocamada sobre uma superfície homogênea. Também foi observado que a capacidade máxima de biossorção de Ce3+ e La3+ para as biomassas encapsuladas em membrana e imobilizadas em alginato foi maior comparada com a biomassa livre, sendo que o aumento variou de 32 a 72%. Comparando as biomassas encapsuladas em membrana e imobilizadas em alginato, verifica-se que as capacidades máxima de biossorção são muito semelhantes para ambos os metais, porém, a biomassa encapsulada apresentou uma maior porcentagem de remoção de Ce3+ e La3+. Assim, pode-se concluir que as biomassas pré-tratadas com CaCl2 (0,5 mol L-1 à temperatura ambiente) e NaOH (0,2 mol L-1 à temperatura ambiente) encapsuladas em membrana de celulose podem ser consideradas um biossorvente promissor e de baixo custo com potencial de aplicação no tratamento de efluentes de indústrias de mineração, visando a remoção e posterior recuperação desses metais para aplicações futuras.