Mecanismo de acumulação de ferro e arsênio em biomassa vegetal fibrosa
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Regina Pinto de Carvalho
Mônica Cristina Teixeira
Ana Cláudia Queiroz Ladeira
Mônica Cristina Teixeira
Ana Cláudia Queiroz Ladeira
Resumo
O objetivo geral do presente trabalho é estudar a sorção de ferro arsênio por folhas secas e trituradas de alface para investigar em detalhe o mecanismo de acumulação de arsênio por alface. Diversas técnicas espectroscópicas foram utilizadas para caracterizar a biomassa e investigar os estados de oxidação e vizinhos das espécies de ferro e arsênio sorvidas. Os resultados indicam que o arsênio só é sorvido quando a biomassa é previamente carregada com ferro. A sorção dos íons de ferro e arsênio é rápida, com cerca de 80 a 90% dos íons sendo sorvidos nos primeiros 60 minutos de contato com a biomassa, indicando um fenômeno de superfície. A capacidade sortiva máxima para o íon de As(V) em biomassa carregada com ferro (0,22mmol/g) é de 0,13mmol/g, comparável aos maiores valores encontrados na literatura para sorventes contendo ferro. A quantidade de As(III) adsorvido não foi significativa (0,03mmol/g) em nenhum dos valores de pH utilizados (pH 3,0 e 10,0). A esterificação da biomassa provoca uma queda de 84% no carregamento de ferro indicando que o ferro se liga predominantemente aos grupos carboxílicos presentes. Os resultados de XANES e Mssbauer mostram que o ferro e o arsênio são oxidados durante a sorção e os ensaios de especiação com resina provam que a oxidação do arsênio não ocorre em solução. A presença do grupo nitrato nos espectros Raman dos aminoácidos presentes na alface levam à hipótese de que este grupo é o provável agente oxidante do ferro e do arsênio. Os resultados de EXAFS indicam que o ferro é coordenado por 6 átomos de oxigênio (distância Fe-O de 2,0) e 2 de carbono (distância Fe-C de 2,81) em uma estrutura bidentada mononuclear e o arsênio é coordenado por 4 átomos de oxigênio (distância As-O de 1,69) em uma geometria tetraédrica. O papel essencial do ferro na sorção do arsênio sugere que os tetraedros AsO4 estão diretamente ligados aos octaedros FeO6 na biomassa na forma monodentada.
Abstract
The general aim of the present work is to study iron and arsenic sorption in dried and ground lettuce leaves, in order to investigate in detail the mechanism of arsenic accumulation on lettuce. Several spectroscopic techniques were used to characterize the biomass as well as to investigate the oxidation states and neighborhood of the adsorbed iron and arsenic species. The results indicate that arsenic is sorbed only when the biomass is previously loaded with iron. The removal rate of iron and arsenic by the biomass is high, with 80 to 90% of the total amount of metal being removed within 60 minutes, suggesting very active surface phenomena on the biomass. The maximum adsorption capacity for As(V) in iron loaded biomass (0.22mmol/g) is 0.13mmol/g, comparable to the highest values found in the literature for sorbents containing iron. The kinetic tests for As(III) were carried out at pH=3.0 and pH=10.0 but the sorption was not effective (0.03mmol/g) under these conditions. Esterification of the biomass provokes a decrease of 84% in iron loading, indicating preferential iron binding to carboxyl groups. XANES and Mössbauer spectroscopy results show that iron and arsenic are oxidized during sorption. Resin speciation tests showed that arsenic oxidation does not occur in the solution. Raman spectra showed the presence of nitrate, suggesting that this anion could be responsible for iron and arsenic oxidation. EXAFS results indicate that iron is coordinated by 6 oxygen (Fe-O distance of 2.0Å) and 2 carbon (Fe-C distance of 2.81Å) atoms in a bidentate mononuclear form and arsenic is coordinated by 4 oxygen atoms (As-O distance of 1.69Å) in a tetrahedral geometry. The important role of iron in arsenic sorption suggests that AsO4 tetrahedra are connected with the FeO6 octahedra inside the biomass in a monodentate form. These results may explain the arsenic accumulation pattern shown by lettuce leaves grown in mine regions where the soils and the waters are rich in iron.
Assunto
Tecnologia mineral, Engenharia metalúrgica, Engenharia de minas, Biomassa
Palavras-chave
Arsênio, Grupo carboxílico, Biomassa, Ferro, Exafs