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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2018.tde-27052020-123257
Document
Author
Full name
Camila Gabriela Alexandre Geromel Costa
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2018
Supervisor
Committee
Corbi, Juliano Jose (President)
Campana Filho, Sergio Paulo
Gorni, Guilherme Rossi
Lustri, Wilton Rogerio
Nunes, Maria Edna Tenório
Title in Portuguese
Avaliação da remoção de cromo hexavalente a partir de adsorventes à base de quitosana e celulose bacteriana e os seus efeitos na biota aquática
Keywords in Portuguese
Adsorção de metais
Cinética de adsorção
Ecotoxicologia aquática
Isotermas de adsorção
Testes ecotoxicológicos
Abstract in Portuguese
As atividades antrópicas, tanto industriais quanto agrícolas, têm contribuído de forma considerável ao aporte de contaminantes nos recursos hídricos, sobretudo às concentrações de metais nestes corpos receptores. Deste modo, é imprescindível analisar o impacto contaminantes nesses ambientes, bem como os efeitos na biota aquática como forma de prevenir os danos ambientais a estes ecossistemas. O cromo hexavalente [Cr(VI)] foi estudado quanto às taxas de adsorção em pérolas de hidrogéis de quitosana ( ‾GA‾ = 5,5%) e membranas de celulose bacteriana sintetizadas por Gluconacetobacter hansenii (melaço como fonte de carbono). Os resultados de adsorção para os materiais de natureza polimérica avaliados, no tempo de equilíbrio (3 horas), a uma temperatura de 25 °C, foram ajustados ao modelo de Freundlich, com coeficientes de correlação de 95,02% e 98,28%, respectivamente, sugerindo que a adsorção ocorre em mais de uma camada. Quanto à cinética, o melhor ajuste para a quitosana foi ao modelo de pseudo-segunda ordem, o qual pressupõe que ocorra a quimiossorção, ao passo que para a celulose, a o modelo de pseudo-primeira ordem de Lagergren, o qual preconiza a predominância da adsorção por difusão. A adsorção de Cr(VI) em quitosana (5000 mg kg-1) foi superior à adsorção em celulose (2200 mg kg-1), para o tempo de contato de 80 horas e taxa de aplicação de adsorvente de 0,1 g L-1. O Cr(VI) também foi aplicado em testes ecotoxicológicos, com a finalidade de se observar os efeitos da exposição em larvas de Chironomus sancticaroli (Diptera, Chironomidae) e em Allonais inaequalis (Annelida, Oligochaeta). Posteriormente, os adsorventes foram aplicados nestes testes ecotoxicológicos, aplicados ao mesmo tempo que os organismos (tempo zero), com 24 horas de antecedência e com 48 horas de antecedência (T0; T24h; T48h), para que a toxicidade da concentração de Cr(VI) remanescente no líquido fosse avaliada. Na maior parte dos testes, os tempos de contato de 24h e 48h apresentaram maiores taxas de sobrevivência do que o tempo T0, indicando que a presença dos adsorventes, sobretudo para os maiores tempos de contato, reduziu a toxicidade do Cr(VI) devido à redução de sua disponibilidade no líquido, em função da adsorção. A aplicação dos adsorventes em amostras ambientais de sedimentos de córregos, localizados em áreas adjacentes ao cultivo de cana-de-açúcar, também foi avaliada. Foi detectada a adsorção de cádmio, cobre, cromo, manganês, zinco e magnésio não solubilizados no meio líquido comprovando as suas eficácias quando aplicados em ambientes naturais. Sobretudo à importância ambiental por sua não toxicidade e eficácia na remoção de contaminantes, os biopolímeros quitosana e celulose podem ser considerados potenciais adsorventes a serem aplicados em recuperação de contaminantes de ambientes naturais.
Title in English
Evaluation of hexavalente chromium removal with chitosan and bacterial cellulose-based adsorbent application and its effects on aquatic biota
Keywords in English
Adsorption isotherms
Adsorption kinetic
Aquatic ecotoxicology
Ecotoxicological bioassays
Metal adsorption
Abstract in English
Industrial and agricultural anthropogenic activities, have contributed considerably to the increasing of contaminants in water resources, especially to the concentrations of metals in these receptor bodies. In this way, analyze the impact of contaminants in these environments as well as the effects on aquatic biota is essential to prevent environmental damage to these ecosystems. The adsorption rates of hexavalent chromium [Cr(VI)] in chitosan hydrogels ( ‾ DA‾ = 5,5%) and bacterial cellulose membranes synthesized by Gluconacetobacter hansenii (molasses as carbon source) was studied. The adsorption results for the polymeric materials evaluated at equilibrium time (3 hours) and temperature of 25°C were adjusted to the Freundlich model, with correlation coefficients of 95.02% and 98.28%, respectively, suggesting that adsorption occurs in more than one layer. For adsorption kinetics, the best fit for chitosan was the pseudo-second order model, which assumes that chemosorption occurs, whereas for cellulose, Lagergren's pseudo first order model predicts the predominance of adsorption. The adsorption of Cr(VI) in chitosan (5000 mg kg-1) was superior to the adsorption in cellulose (2200 mg kg-1), for the contact time of 80 hours and adsorbent application rate of 0.1 g L-1. Cr(VI) was also applied in ecotoxicological tests to observe the effects of exposure on larvae of Chironomus sancticaroli (Diptera, Chironomidae) and Allonais inaequalis (Annelida, Oligochaeta). The adsorbents were then applied in these ecotoxicological tests, inserted at the same time as the organisms (time zero), 24 hours in advance and 48 hours in advance (T0, T24h; T48h), so that the toxicity of Cr(VI) concentration remaining in the liquid was evaluated. In most tests, contact times of 24h and 48h had higher survival rates than T0, indicating that the presence of the adsorbents, especially for the longer contact times, reduced Cr(VI) toxicity due to reduction in liquid availability because of adsorption process. The adsorbents application in environmental samples of contaminated streams sediments, located in adjacent areas to the sugarcane cultivation, was also evaluated. The adsorption of cadmium, copper, chromium, manganese, zinc and magnesium were not solubilized in the liquid medium, proving their efficacy when applied in natural environments. Above all, due to its non-toxicity and efficacy in the removal of contaminants, chitosan and cellulose biopolymers can be considered as potential adsorbents to be applied in the recovery of contaminants from natural environments.
 
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Publishing Date
2020-05-29
 
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