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Type: Tese
Title: Resíduos de sisal na biossorção de metais pesados em solos do semiárido
Title in English: Sisal residues in the biosorption of heavy metals in semi-arid soils
Authors: Silva, Mateus Guimarães da
Advisor: Escobar, Maria Eugenia Ortiz
Keywords in Brazilian Portuguese : Biossorção;Sorção de metais;Langmuir;Biodisponibilidade e solubilidade de metais pesados;Fator de bioconcentração;Biomassa lignocelulósica
Keywords in English : Biosorption;Sorption of metals;Bioavailability and solubility of heavy metals;Translocation factor;Bioconcentration factor;Lignocellulosic biomass
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO
Issue Date: 2023
Citation: SILVA, Mateus Guimarães da. Resíduos de sisal na biossorção de metais pesados em solos do semiárido. 2023. 84 f. Tese (Doutorado em Ciência do Solo) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: A biossorção é uma técnica que utiliza materiais de origem biológica para acumular contaminantes e representa uma alternativa para o tratamento de solos contaminados por metais pesados. O uso de resíduos do processamento das fibras de sisal na biossorção de metais pesados no solo pode resultar na redução dos impactos ambientais causados por esses elementos e agregar valor econômico aos resíduos que são subutilizados. O objetivo desse trabalho foi caracterizar química e estruturalmente os resíduos de sisal, determinar a capacidade máxima de adsorção de metais pelos resíduos e o potencial destes na biossorção de metais pesados em diferentes solos e relacionar a adsorção desses íons com as características dos resíduos. Ensaios de adsorção foram conduzidos utilizando o método de batelada, com soluções eletrolíticas com concentrações monometálicas crescentes de Cd e Pb. Em seguida, os dados foram ajustados aos modelos de isotermas de adsorção de Langmuir. Em um experimento em casa de vegetação, expusemos plantas de Sorghum bicolor a diferentes tipos (mucilagem <MUC=, fibrilas <FIB= e pó de fibra <FD=) e teores de resíduos de sisal (0,0; 0,5; 1,0; 2,0 e 3,0% m/m), por 60 dias. Foram também conduzidos experimentos por 120 dias com diferentes solos para avaliação da biodisponibilidade e solubilidade de Cd2+ e Pb2+. Os dados obtidos foram submetidos a análise de variância, as médias comparadas pelo teste de Scott-Knott, e os quantitativos foram analisados por meio de análise de regressão, a 5% de probabilidade. Foram realizadas análises multivariadas do tipo discriminante e componentes principais (ACP) e análise de correlação de Spearman entre parâmetros lignocelulósicos dos resíduos de sisal aplicados no solo e a biodisponibilidade dos metais pesados. Os resíduos FIB e MUC, apresentaram maior capacidade de adsorção de Cd2+ e Pb2+, enquanto FD apresentou maior energia de ligação. A aplicação de resíduos de FIB e MUC no solo foi capaz de reduzir em até 40% os teores disponíveis de Cd2+ e Pb2+ , e os teores solúveis no solo em mais de 90%. Além dos menores teores e acúmulos de Cd nas raízes e parte aérea, a aplicação de resíduos aumentou a massa seca da parte aérea e raiz das plantas. Observou-se uma forte correlação de Cd2+ e Pb2+ com os parâmetros lignocelulósicos dos resíduos. Nossos resultados sugerem que a aplicação de resíduos diminui a disponibilidade e solubilidade de Cd2+ e Pb2+ na solução do solo, alivia a fitotoxicidade, maximiza o desenvolvimento de plantas em solos contaminados e demonstram o grande potencial dos resíduos na atenuação dos impactos ambientais.
Abstract: Biosorption is a technique that uses materials of biological origin to accumulate contaminants and represents an alternative for the treatment of soils contaminated by heavy metals. The use of residues from the processing of sisal fibers in the biosorption of heavy metals in the soil can result in the reduction of environmental impacts caused by these elements and add economic value to waste that is underused. The objective of this work was to chemically and structurally characterize sisal waste, determine the maximum capacity for adsorption of metals by the waste and their potential for the biosorption of heavy metals in different soils and relate the adsorption of these ions to the characteristics of the waste. Adsorption tests were conducted using the batch method, with electrolyte solutions with increasing monometallic concentrations of Cd and Pb.Then, the data were adjusted to the Langmuir adsorption isotherm models. In a greenhouse experiment, we exposed the Sorghum bicolor plants to different types (mucilage <MUC=, fibrils <FIB= and fiber dust <FD=) and levels of residues of sisal (0.0; 0.5; 1.0; 2.0 and 3.0% w/w) for 60 days. Experiments were also conducted with different soils for 120 days to evaluate the bioavailability and solubility of Cd2+ and Pb2+. The data obtained were subjected to analysis of variance, the means compared using the Scott-Knott test, and the quantitative data were analyzed using regression analysis, at 5% probability. Additionally, multivariate discriminant and principal component (PCA) analyzes and Spearman correlation analysis were performed between lignocellulosic parameters of sisal residues applied to the soil and the bioavailability of heavy metals. The FIB and MUC residues presented a greater adsorption capacity for Cd2+ and Pb2+, while FD presented a higher adsorption energy. The application of FIB and MUC residues to the soil was able to reduce the available levels of Cd2+ and Pb2+ by up to 40%, and the soluble levels in the soil by more than 90%. In addition to the lower levels and accumulations of Cd in the roots and shoots, the application of residues increased dry mass of the plants. A strong correlation of Cd2+ and Pb2+ was observed with the lignocellulosic parameters of the waste. Our results suggest that the application of residues decreases the availability and solubility of Cd2+ and Pb2+ in the soil solution, alleviates phytotoxicity, maximizes plant development in contaminated soils and demonstrates the great potential of residues in mitigating environmental impacts.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76893
Author's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6534-4512
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/1233088484861235
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7530-3338
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0354607134470549
Access Rights: Acesso Embargado
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