Síntese de nanopartículas de óxidos de ferro magnéticos associados à biochar e bonechar e seus efeitos na sorção e fitodisponibilidade de chumbo

Abstract

Resumo: A poluição causada por rejeitos industriais, principalmente associados ao chumbo, vem produzindo sérios danos ao meio ambiente, afetando corpos d'agua, solos, plantas, animais e seres humanos. Este trabalho teve como objetivo geral avaliar o desempenho de biochar e bonechar puros ou modificados com óxidos de ferro magnético para a remoção de chumbo.O primeiro capítulo deste trabalho apresenta uma introdução geral ao tema abordado. No segundo capítulo realizaram-se sínteses de nanopartículas de óxido de ferro associadas a biochar e bonechar utilizando-se relações biochar:ferro e bonechar:ferro de 0,5:1; 1:1; 2:1; 3:1 e 4:1. A caracterização dos atributos químicos dos materiais avaliou a reação do biochar e bonechar puros ao NaOH utilizado na síntese e a determinação da capacidade máxima de adsorção de ferro à esses materiais, além da determinação do teor de ferro e pH dos materiais puros e sintetizados. A caracterização dos atributos mineralógicos dos materiais puros e sintetizados foi feita por difratometria de raios-X e medida da susceptibilidade magnética por unidade de massa. Também, foram realizadas a determinação da área superficial específica e a microscopia eletrônica de varredura para a caracterização dos atributos físicos dos materiais. Ainda, realizou-se a determinação do teor de chumbo remanescente, adsorvido e dessorvido dos materiais. No terceiro capítulo foram realizados testes de germinação com sementes de milho para determinação da dose letal (DL) de chumbo que causa a morte de 100% das plântulas e testes com diferentes concentrações de biochar e bonechar puros para determinar a dose que permite a sobrevivência de 50% das plântulas (DS50) em meio contendo a DL de chumbo para as plântulas.Além da contagem de sementes mortas, plântulas normais e anormais, realizou-se a avaliação do comprimento da raiz, parte aérea e pesagem da massa fresca das plantas. O bonechar puro reagiu com o NaOH alterando a sua área superficial e tanto biochar como bonechar puros apresentaram capacidade de adsorver ferro. O teor de ferro das amostras sintetizadas apresentou-se compatível com os valores esperados nas amostras e o pH dos materiais sintetizados ficou ligeiramente abaixo de 7,0. Os difratogramas de raios-X mostraram a formação de magnetita na maioria dos tratamentos e a susceptibilidade magnética apresentou variação à medida que se alterava a relação biochar:ferro e bonechar:ferro. Houve redução da área superficial específica do biochar modificado e um incremento na área do bonechar modificado. As imagens de microscopia eletrônica de varredura mostraram a presença da magnetita nos materiais modificados. Bonechars modificados foram mais eficientes que os bonechars puros para a adsorção de chumbo, sendo que os biochars modificados não apresentaram melhorias na capacidade de adsorção. No terceiro capítulo os testes de germinação com sementes de milho mostraram que a dose de Pb de 2000 mg L-1 é capaz de causar o desenvolvimento anormal das plântulas e/ou mortalidade de 100% das sementes, sendo que o chumbo afetou principalmente o desenvolvimento radicular. Quanto ao teste de germinação, utilizou-se a dose de Pb de 2000 mg L-1 com diferentes concentrações de biochar e bonechar e constatou-se que a dose de 2,13 g de bonechar puro e 10,4 g de biochar puro permitem a sobrevivência de 50% das plântulas.Portanto, notou-se que o biochar apresenta comportamento distinto do bonechar. O biochar possui capacidade limitada de adsorver chumbo, ficando restrita à área superficial oferecida pelo material. O bonechar possui área superficial inferior ao biochar, no entanto, em função da precipitação de compostos em sua superfície, possui melhor capacidade de retenção do chumbo a longo prazo

Abstract: Pollution caused by industrial waste, mostly associated to lead, has produced serious damage to the environment, affecting rivers, soils, plants, animals and humans. The objective of this work was to evaluate the performance of biochar and bonechar pure or modified with iron oxide for the removal of lead.The first chapter of this work presents a general introduction to the topic discussed. In the second chapter it was synthesized iron oxide nanoparticles associated to biochar and bonechar using biochar:iron and bonechar:iron ratios of 0.5:1; 1:1; 2:1; 3:1 and 4:1. The characterization of the chemical attributes of the materials evaluated the reaction of the pure biochar and bonechar to the NaOH used in the synthesis and the determination of the maximum iron adsorption capacity of these materials, as well as the determination of the iron content and pH of the pure and synthesized materials. For the characterization of the mineralogical attributes of the pure and synthesized materials, X-rays diffraction and mass specific magnetic susceptibility determination were performed. Specific surface area and scanning electron microscopy were also determined to characterize the physical attributes of the materials. It was carried out the determination of the remaining lead content, adsorbed and desorbed from the materials. In the third chapter germination tests were performed with maize seeds to determine the lead lethal dose (LD) that causes the death of 100% of the seedlings and tests with different concentrations of pure biochar and bonechar to determine the dose that allows the survival of 50% of the seedlings (SD50) in medium containing the LD of lead. In addition to the count of dead seeds, it was evaluated normal and abnormal seedlings, root length, shoot and fresh plant mass. As results, in the second chapter, the pure bonechar showed a reaction with NaOH modifying its surface area and both the pure biochar and the bonechar showed iron adsorption capacity. The iron content of the synthesized samples was compatible with the expected values in the samples and the pH of the synthesized materials was slightly acidic. The X-rays diffractograms showed the formation of magnetite in most of the treatments and the magnetic susceptibility showed variation according to the change ratio biochar:iron and bonechar:iron. There was a reduction of the specific surface area of the modified biochar and an increase in the modified bonechar area. The scanning electron microscopy images showed the presence of the magnetite in the modified materials. Modified bonechars were more efficient than the pure bonechars for the adsorption of lead, and the modified biochars did not show improvements in the adsorption capacity. In the third chapter germination tests with corn seeds showed that the dose of 2000 mg of Pb L-1 can cause abnormal seedling development and / or 100% seed mortality, with the lead affecting, mainly, the root development. With respect to the germination test, the dose of 2000 mgof Pb L-1 was used with different concentrations of biochar and bonechar and the dose of 2.13 g of pure bonechar and 10.4 g of pure biochar allowed 50% survival of the seedlings. Therefore, it was noted that biochar exhibits distinct behavior of the bonechar. The biochar has limited capacity to adsorb lead, being restricted to the surface area offered by the material. The bonechar has a lower surface area than the bonechar, however, due to the precipitation of compounds on its surface, it has a better lead retention capacity in the long term