metais compostos -técnica -orgânicas -assim

USO DO BIOCARVÃO DE BAGAÇO DE CANA
NA REMOÇÃO DE METAIS PESADOS EM ÁGUA
SOB DIFERENTES CONDIÇÕES DE pH´s
Doutoranda: Paula R. C. Barbosa
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Perobelli Borba
Co - Orientador: Prof. Dr. Wanilson Luiz Silva
02/10/2013
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
INTRODUÇÃO
Barreiras Reativas Permeáveis - BRPs
Fig 1: Esquema de uma BRP
q 
q 
Por ser um sistema passivo os custos de manutenção a longo
prazo são bem reduzidos,
Usada na remediação de águas subterrâneas, contaminadas por
uma variedade de substâncias como, metais pesados, orgânicos
e radionuclídeos.
Biochar como material reativo
q 
q 
q 
Mistura do carvão pelos índios a terra (terra preta) muito fértil e
produtiva
Degradação da biomassa através de pirólise, retendo de 20 a 50%
do carbono
fonte de energia e ferramenta para o sequestro do carbono.
Eficiência no Solo
q  Aumento da capacidade de troca
catiônica, resultando em melhoria da
fertilidade do solo
q  Retenção de água
q  Moderador da acidez do solo
q  Aumento do número de micróbios
benéficos do solo
Figura 2: diferença entre a plantação de milho
em solo natural e solo misturado com biocarvão.
Fonte: Internacional Biochar Initiative
http://www.biochar-international.org/biochar/soils
Ø  Solo com biochar derivados de palha de
arroz ou derivados de trigo promoveram
a sorção de antrazina, um herbicida, que
tem sido amplamente utilizado para
controlar ervas daninhas na agricultura
(SHENG 2003).
q  O uso do biochar no solo é uma prática
irreversível e apesar de se mostrar bastante
eficiente deve ser usada com cautela evitando
complicações no solo
Eficiência Comprovada em remediações de
águas contaminadas
q 
q 
q 
Biochar, proveniente de uma pirólise lenta de biomassa mista, em
um sistema de tratamento de água contaminada por metais:
cádmio, cobre e chumbo,
demosntraram eficiência em sua
remoção, principalmente com chumbo (100%). (REGMI et al 2010)
Biochar produzidos a partir de esterco tem um potencial para
adsorção tanto dos metais pesados como para os compostos
orgânicos (CAO et al 2009).
Kumar et al. 2011, através de experimentos em colunas
comprovaram alto poder de adsorção do Urânio, sugerindo seu uso
em barreiras reativas permeáveis, para remediação de águas
subterrâneas contaminadas
Objetivo
q 
Avaliar a eficiência do biocarvão, de bagaço de cana de
açúcar, na remoção de Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn de soluções
aquosas com concentrações de 0.1 a 0.5mmolL-1, por meio de
experimento de adsorção, sob diferentes condições de pH.
Materiais e Métodos
q Preparo
do Biocarvão
Ø  Esquema do reator de leito fluidizado – Empresa BIOWARE - Campinas
Bio-óleo
Figura 3: Planta piloto de pirólise rápida. Fonte: Morales 2010
http://www.bioware.com.br/
Materiais e Métodos
q 
Caracterização do Biocarvão
Tabela 1: Métodos de Análises realizados nas amostras sólidas
Local
Método de análise
Objetivo
ANALISE IMEDIATA
Identificação do teor de cinzas, voláteis e Carbono
FEM
ANALISES ELEMENTAR
Quantificação do Nitrogênio, hidrogênio, Carbono e
Oxigênio
ABCP
TOC - ANALYSER
Identificação do carbono Total
FEC
FTIR
Identificar grupos funcionais
IG
MEV
Identificação da fase sólida cristalina e formato de poro
IG
ASAP 2010- BET
Determinação das áreas superficiais das partículas
FEQ
Materiais e Métodos
q Caracterização
da Solução
Ø Estes procedimentos foram realizados com o intuito de se identificarem os
produtos geoquímicos envolvidos durante a remediação por meio da BRP,
que envolvem a adsorção de metais pelo Biochar
Tabela 2: Métodos de Análises realizados nas amostras líquidas.
Método de análise
ICP-MS / ICP-OES/ AAS
Objetivo
Local
Determinar as composições químicas das soluções
IG - IAC
Resultados e Discussões
q 
Propriedades Químicas
Tabela 4: Resultados caracterização do biocarvão: Analise Imediata, Elementar, TOC.
Descrição
Análise Imediata
(% em massa)
Análise Elementar
(% em massa)
TOC – Analyser
(% em massa)
Resultados
Carbono Fixo
40
Voláteis
36
Cinzas
24
Carbono
52
Hidrogênio
3.53
Nitrogênio
1.22
Oxigênio
30.81
Carbono Total
50
Resultados e Discussões
q 
Propriedades Químicas
Figura 3: Espectros Infravermelho com Transformada de Fourier entre as ondas 600 a 4000cm-1
do Biochar de cana de Açúcar e Cascas de Eucalipto
Resultados e Discussões
q 
Propriedade Física
Tabela 3: Métodos de Análises realizados nas amostras líquidas.
Descrição
Propriedades texturais
ASAP - 2010
Resultados
Área superficial
1.514m2g-1
Diâmetro de Poro ( BJH)
30.7nm
Resultados e Discussões
q 
Propriedade Física
legenda
(A) Poro Aberto,
(G) Poro Gaiola
(F) Poro Fechado
(T) Poro de Transporte
Figura 1: Imagens do BC, com aumento de, 1000 vezes em 2 e 3 e 1200
vezes em 4. Imagem C representa os tipos de poros classificados pela
IUPAC
Resultados e Discussões
q 
Experimento de Adsorção
Resultados e Discussões
q 
Experimento de Adsorção
Resultados e Discussões
q 
Experimento de Adsorção
Resultados e Discussões
q 
Experimento de Adsorção
ü  eficiência na adsorção do Pb, seguido do Cu tanto em meio ácido como
em meio alcalino corroborando com Merkel & Friedrich que apresentaram
a seguinte ordem de afinidade dos elementos em relação a força de
ligação relativa com a matéria orgânica Pb>Cu>Ni>Cd>Zn.
ü  No entanto em meio competitivo, o BC apresentou a seguinte sequencia
de afinidades Pb>Cu>Cr> Cd >Zn>Ni, onde o Níquel passa ser o elemento
de menor adsorção
2+
2+
)
(1)
= C− COOH + Pb 2+ + H2 O → C− COOPb − + H3O+
(2)
= C− OH + Pb 2+ + H2 O → = C− OPb + + H3O+
(3)
≡ :+
→≡ :
(
çã
ô
Cao, et al 2009
Conclusão
q 
O Biocarvão do bagaço de cana de açúcar, tem grande potencial
como material reativo em uma barreira reativa permeável, que
mesmo com baixa área superficial foi favorecido pela
composição química de sua superfície, retendo principalmente o
chumbo, cobre e cromo em ambiente competitivo.
Cao X. , Ama L., Gao B., and Harris W.: Dairy-Manure Derived Biochar Effectively
Sorbs Lead and Atrazine. Environmental Science & Technology, vol. 43, n° 9,
2009 / 3285–3291
Chen ,C. S.; Lai, T. Y.; Lee, J. F.; Kao, H. M.; (2013) Formation of Cu Nanoparticles
in SBA-15 Functionalized with Carboxylic Acid Groups and Their Application in the
Water−Gas Shift Reaction. ACS Catalysis 3, 667−677
Harvey, O. R.; Herbert B. E.; Rhue, R. D.; Kuo, L.; Inyang, M.; Gao, B.; Ding, W.;
(2011) Metal Interactions at the Biochar-Water Interface: Energetics and StructureSorption Relationships Elucidated by Flow. Environ. Sci. Technol., 45, 5550–5556
INyang, M.; Gao, B.; Ding, W.; Pullammanappallil, P.; Zimmerman, A,R. & Cao, X.;
(2011). Enhanced Lead Sorption by Biochar Derived from Anaerobically Digested
Sugarcane Bagasse, Separation Science and Technology, 46:12, 1950-1956
CETESB Relação de áreas contaminadas - consultado em Abril de 2010
http://www.cetesb.sp.gov.br/areas-contaminadas/rela%E7%F5es-de-%E1reascontaminadas
Obrigada!!!
Paula Regina Coeli Barbosa