Síntese e aplicação de biochar de sabugo de milho para remediação de solos contaminados com chumbo

Abstract

RESUMO: O chumbo, metal altamente tóxico, é responsável por desencadear uma série de danos aos seres vivos. Diante desta problemática, diversas técnicas vêm sendo estudadas para a remoção deste metal de solos contaminados, dentre as quais, há grande destaque para o processo de adsorção. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de adsorção de Pb (II) de solos contaminados utilizando biochars ativados como adsorvente. Primeiramente, os biochars foram sintetizados pelo processo de pirólise variando-se os parâmetros de interesse (temperatura, tempo de residência e taxa de aquecimento) a partir de um planejamento experimental em fatorial. De acordo com os dados obtidos, foi realizada a otimização de quatro variáveis respostas simultaneamente pelo método de Regressão Iterativa Aparentemente não Relacionada (ISUR). Os resultados de otimização para a produção do biochar tem como ponto desejável, a utilização de uma temperatura de 390,5°C, taxa de aquecimento de 9,36 °C.min-1 e tempo de residência de 74,57 min. A partir dos resultados de otimização, biochar sob as condições ótimas de processamento de pirólise foi sintetizado (denominado de SAprecursor), sendo posteriormente ativado por hidróxido de sódio (biochar SANaOH) e cloreto de zinco (biochar SAZnCl). Os biochas sintetizados foram caracterizados a fim de avaliar o efeito propiciado pelas condições pirolíticas em relação ao sabugo in natura, modificações decorrentes da ativação química nos biochars em relação ao SAprecursor, além de propiciar melhor entendimento sobre os mecanismos de ação envolvidos no processo de adsorção dos íons de Pb e efeito fertilizante em solos. As análises de caracterização mostraram que os biochars apresentam elevado potencial para removerem contaminantes, além de modificações estruturais no biochar poderem favorecer a adsorção de íons Pb, sendo este fato confirmado pelo processo de adsorção, uma vez que biochars ativados apresentaram maior capacidade máxima de retenção de íons Pb quando comparado ao biochar precursor. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais para ambos os biochars. O modelo de isoterma que apresentou melhor ajuste aos dados experimentais para os biochars, foi o modelo de Langmuir. Os mecanismos envolvidos na adsorção de Pb (II) sugerem que houve elevada troca de cátions entre os íons sódio presentes em SANaOH e zinco presente em SAZnCl com o Pb. Em relação aos estudos de dessorção de chumbo (II), verificou-se que o processo de ativação dos biochars contribuíram de forma significativa para que baixos teores de Pb fossem liberados novamente no solo, sendo isto muito importante para obtenção de culturas de plantio sadias. Por fim, ao avaliar a influência da aplicação de biochar em solos contaminados com Pb, percebeu-se que houve diferenças significativas no crescimento das alfaces em solos contaminados, em que a presença de biochar mostrou-se de suma importância em seu crescimento, e que provavelmente o processo de retenção de íons Pb aliado ao processo de liberação de compostos nutrientes, possam ter contribuído para que isso ocorresse

ABSTRACT: Lead, a highly toxic metal, is responsible for triggering a series of damages to living beings. In view of this problem, several techniques have been studied for the removal of this metal from contaminated soils, among which, there is great emphasis on the adsorption process. In this sense, the objective of this work was to evaluate the potential for Pb (II) adsorption of contaminated soils using activated biochars as an adsorbent particle. Firstly, biochars were synthesized by the pyrolysis process, varying the parameters of interest (temperature, residence time and heating rate) from an experimental factorial design. According to the data obtained, the optimization of four response variables is performed simultaneously by the Apparently Unrelated Iterative Regression (ISUR) method. The optimization results for the production of the biochar have as an optimum point the use of a temperature of 390.5 °C, heating rate of 9.36 °C.min-1 and residence time of 74.57 min. From the optimization results, biochar is synthesized under the optimal conditions of pyrolysis processing (called the SAprecursor), being subsequently activated by sodium hydroxide (SANaOH) and zinc chloride (SAZnCl). The synthesized biochas were characterized in order to evaluate the effect provided by the pyrolytic conditions in relation to the natural cob, modifications resulting from the chemical activation in the biochars in relation to the SAprecursor, in addition to providing a better understanding of the mechanisms of action involved in the adsorption process. Pb ions and soil fertilization effect. Characterization analyzes showed that biochars have a high potential to remove contaminants, in addition to structural modifications in the biochar that may favor the adsorption of Pb ions, this fact being confirmed by the adsorption process, since activated biochars had a greater maximum capacity for Pb ions when compared to precursor biochar. The pseudo-second order kinetic model was the one that best fitted the experimental data for both biochars. The isotherm model that presented the best fit to the experimental data for the biochars was the Langmuir model. The mechanisms involved in the adsorption of Pb (II), suggest that there was a high exchange of cations between the sodium ions present in SANaOH and zinc present in SAZnCl with Pb. Regarding the studies of lead (II) desorption, it was found that the biochar activation process contributed significantly to low Pb levels being released back into the soil, which is very important for obtaining healthy planting cultures. Finally, when evaluating the influence of the application of biochar in soils contaminated with Pb, it was noticed that there are significant differences in the growth of lettuces in contaminated soils, in which the presence of biochar proved to be of paramount importance in its growth, in which probably the process of retention of Pb ions combined with the process of release of nutrient compounds, may have contributed to this