Relação entre adsorção de metais pesados e atributos químicos e físicos de classes de solo do Brasil

Este trabalho objetivou avaliar quais parâmetros obtidos dos modelos de isotermas de Freundlich e Langmüir melhor descrevem a adsorção de metais pesados em solos intemperizados e identificar a relação entre os parâmetros selecionados e os atributos químicos, físicos e mineralógicos de 12classes de solo do Brasil. Os solos foram coletados pela EMBRAPA-CNPS em diversos levantamentos nas regiões: Sul, Sudeste e Norte do País. Avaliou-se, por meio da análise de trilha, o desdobramento do coeficiente de correlação entre variáveis dependentes, obtidas através das isotermas de adsorção (parâmetros de adsorção), e variáveis independentes (atributos químicos e físicos do solo), bem como os efeitos diretos e indiretos para os elementos Cd, Cu, Pb e Zn. Os atributos do solo: argila, carbono orgânico, capacidade de troca catiônica efetiva, ferro extraído pelo citrato ditionito-bicarbonato e alumínio extraído pelo ataque sulfúrico foram os que apresentaram maiores coeficientes de correlação simples com os parâmetros de adsorção, tendo sido utilizados no modelo da análise de trilha para explicar a adsorção de metais pesados. A análise de trilha mostrou-se como uma ferramenta importante no estudo do comportamento dos metais pesados no solo. As constantes K F de isotermas de Freudlich e capacidade-tampão máxima (K Lb) de Langmuir apresentaram os coeficientes de determinação mais elevados e os menores valores do efeito da variável residual para todos os metais estudados. As variáveis que mais contribuíram com a adsorção de metais pesados foram carbono orgânico, capacidade de troca catiônica efetiva, pH, argila e alumínio total.

Atividade microbiana e enzimática em solo após a aplicação de xisto retortado

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da aplicação de doses crescentes de xisto retortado (XR) sobre características biológicas indicadoras da qualidade do solo. Foram realizados experimentos, em Argissolo Vermelho distrófico arênico, em condições de laboratório e de campo. Em laboratório, os tratamentos consistiram da aplicação ao solo de sete diferentes doses de XR (0, 300, 450, 600, 750, 1.500 e 3.000 kg ha-1). Em campo, os tratamentos foram compostos por quatro diferentes doses de XR (0, 750, 1.500, 3.000 kg ha-1) combinadas à adubação mineral recomendada, avaliados em dois cultivos de feijão (Phaseolus vulgaris L.), no sistema plantio direto. Avaliaram-se: a evolução de CO2, o carbono da biomassa microbiana (CBM), a atividade enzimática do solo e o teste de ecotoxicidade. A aplicação de doses crescentes de XR melhorou a atividade microbiológica do solo, por reduzir a emissão de CO2 sem causar variação no CBM e sem provocar impactos negativos sobre a atividade enzimática do solo. Os resultados obtidos com as enzimas em condições de campo, após duas aplicações de XR, aliados aos de CBM, do quociente metabólico (qCO2) e do teste ecotoxicológico, em condições de laboratório, indicam que o uso do XR não provoca a degradação biológica do solo.

A adição de xisto retortado aumenta a retenção do carbono de resíduos vegetais no solo

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de curto prazo e o residual de doses de xisto retortado (XR) sobre a retenção do C de resíduos culturais no solo. Foram avaliadas a mineralização e a retenção de C de folhas e talos de soja enriquecidos com 13C, em solo com e sem histórico de aplicação de XR e na presença e na ausência de doses crescentes de XR. Houve efeito de curto prazo do XR sobre a retenção de C no solo. Esse efeito ocorreu somente com a mistura de folhas + 3 Mg ha-1 de XR, em que a retenção de C no solo superou em 21% aquela observada com a aplicação isolada das folhas. O XR apresenta potencial de reter C no solo.

Utilização de zeólitas sintetizadas a partir de xisto retortado na remoção de arsênio em águas contaminadas

The solid by-product of the oil shale processing (PETROBRAS - Brazil) was used as raw material to synthesize zeolites A and faujasite. Alkaline fusion followed by hydrothermal treatment was the synthesis procedure used, and five different starting material compositions were obtained. The more crystalline zeolite-type materials synthesized, the pretreated oil shale ash and commercial zeolites were used as adsorbents in the purification of pollutant solutions with arsenic. The zeolite-type material composed of a mixture of zeolite A (42.6%) and faujasite (52.9%) presented an ion exchange capacity comparable to the pure zeolites A and faujasite, much better than the pretreated ash.

Adsorção e dessorção de cádmio, cobre e chumbo por amostras de Latossolos pré-tratadas com fósforo

O movimento de elementos-traço nos solos está intimamente associado aos fatores que contribuem para sua retenção na fase sólida; dentre esses fatores, destaca-se a presença de ânions adsorvidos. Neste trabalho, avaliou-se o efeito do pré-tratamento do solo com P sobre a adsorção e dessorção de Cd, Cu e Pb em amostras dos horizontes A e B de dois solos: Latossolo Vermelho-Amarelo ácrico típico (LVAw) e Latossolo Vermelho ácrico típico (LVw). O pré-tratamento com P consistiu na reação das amostras de solo, durante 72 h, com Ca(H2PO4)2.H2 O 10,75 mmol L-1 (relação solo:solução de 1:1,5). Para a adsorção dos metais, amostras de solo tratadas e não tratadas com P foram inicialmente pré-equilibradas com Ca(NO3)2 5 mmol L-1 (relação solo:solução 1:67, pH 5,5) e colocadas para reagir, individualmente, com Cu(NO3)2, Cd(NO3)2 ou Pb(NO3)2 na concentração de 0,45 mmol L-1 (relação solo:solução final 1:100). O pré-tratamento com P aumentou a adsorção de todos os metais, com maior incremento nas amostras dos horizontes B. O aumento da adsorção com o tratamento com P indica que a presença de P nesses solos contribui para reduzir a disponibilidade dos metais Cd, Cu e Pb. A quantidade adsorvida segue a seqüência Pb > Cu >> Cd. Com relação à fração de metal dessorvida (metal dessorvido/metal adsorvido ), esta foi menor nas amostras previamente tratadas com P para Pb, sendo a dessorção de Cu não influenciada pelo tratamento com P.

Aplicação de Al-PILC na adsorção de Cu2+, Ni2+e Co2+ utilizando modelos físico-químicos de adsorção

Amostra de esmectita pertencente a Serra de Maicuru (Estado do Pará, Norte do Brasil, região amazônica) foi pilarizada com Al13, A Argila pilarizada com alumínio (Al-PILC) foi caracterizada por DRX, MEV e EDS. Para a análise textural foram utilizadas isotermas de adsorção-desorção utilizando o nitrogênio. Este artigo é dirigido ao estudo da adsorção de metais pesados. A adsorção dos íons de Cu2+, Ni2+e Co2+ foi realizadas com a matriz Al-PILC em temperatura ambiente com soluções aquosas contendo os íons metálicos. Os modelos de adsorção adotados foram os de Langmuir, Freundlich e Temkin que foram aplicados aos valores obtidos experimentalmente com regressão linear. A equação de Langmuir foi o melhor modelo de linearização com r = 0,999. A equação de Freundlich apresentou limitações em altas concentrações, mas foram obtidos valores (Kf e n) bastante aceitáveis utilizando este modelo. Os parâmetros foram utilizados para calcular a quantidade de Nf em função de Cs.

Remoção de metais pesados de efluentes aquosos pela zeólita natural escolecita - influência da temperatura e do pH na adsorção em sistemas monoelementares

Cation exchange capabilities of a Brazilian natural zeolite, identified as scolecite, were evaluated for application in wastewater control. We investigated the process of sorption of chromium(III), nickel(II), cadmium(II) and manganese(II) in synthetic aqueous effluents, including adsorption isotherms of single-metal solutions. The natural zeolite showed the ability to take up the tested heavy metals in the order Cr(III) > Cd(II) > Ni(II) > Mn(II), and this could be related to the valence and the hydration radius of the metal cations. The influence of temperature (25, 40 and 60 ºC) and initial pH value (from 4 to 6) was also evaluated. It was found that the adsorption increased substantially when the temperature was raised to 60 ºC and that maximum adsorption capacity was observed at pH 6. These results demonstrate that scolecite can be used for removal of heavy metals from aqueous effluents, under optimized conditions.

Adsorção de As, Cu, Pb e Cr na avaliação da capacidade de fixação de metais por resíduo de mineradoras de ferro

Two samples of residues from iron mining plants have been investigated for their retention capacity of As, Cu, Cr, and Pb. The sample with the higher content of iron oxides showed the highest capacity to retain metals. The adsorption affinity series changes from Pb>Cu>Cr~As to As>Pb>Cu>Cr or As>Cu>Cr>Pb, depending on the material and the concentration of the initial solution. In the competitive environment, the Pb adsorption decreases and the As, Cu and Cr adsorption increases. Sequential extraction procedures, carried out after adsorption batch experiments, showed that the most important adsorption process occurs in the oxide fraction and that the major part of the absorbed metal is remobilized from exchangeable and oxide fractions.

Complexação de íons de metais por matéria orgânica dissolvida: modelagem e aplicação em sistemas reais

Os íons de metais pesados são conhecidos tanto pela sua importância fisiológica e industrial, bem como pelo risco ambiental e à saúde humana. Para elucidar o comportamento dessas espécies nos corpos hídricos, os quais recebem grande parte da descarga de metais, seja de origem antrópica ou por fontes naturais, é necessário entender as interações que elas apresentam com o meio, principalmente a especiação química. Um dos mais importantes processos pelos quais passam as espécies metálicas em corpos aquáticos naturais é a interação com a matéria orgânica dissolvida (MOD), que pode ser por adsorção, reações de troca iônica ou por complexação. Neste trabalho foram realizados vários experimentos com o objetivo de descrever o comportamento da complexação de três importantes cátions Cu(II), Cd(II) e Pb(II) com a matéria orgânica (ácido húmico comercial), sob condições diversas de força iônica em meio tamponado. Os resultados foram avaliados de acordo com o modelo de van den Berg e Kramer para a complexação de metais. O modelo foi aplicado na determinação da capacidade de complexação dos íons em amostras reais, oriundas de três rios maranhenses que integram a Amazônia legal: Itapecuru, Bacanga e Pericumã. Nas águas dos rios utilizou-se o parâmetro carbono orgânico dissolvido (COD) para expressar a MOD. Os resultados confirmaram forte interação entre a MOD e íons de metais pesados e que o modelo de van den Berg e Kramer é satisfatório para se estimar a constante de complexação (K) e a concentração de sítios de complexação (Lt). Nas amostras simuladas em laboratório a ordem de complexação dos metais foi Cu(II) > Cd(II) > Pb(II) e a capacidade de complexação mostrou ser linear em função da concentração de ácido húmico comercial. Acredita-se que por ter menor raio iônico, o íon Cu(II) possui maior afinidade com os sítios de complexação. Nas amostras retiradas dos corpos aquáticos, observou-se que o rio com maior concentração de COD (rio Bacanga) apresentou maior capacidade de complexação; entretanto, a ordem foi Pb(II) > Cu(II) > Cd(II) provavelmente devido à presença de íons Cu(II) em maior quantidade nas águas dos rios.

Efeito do pH na adsorção e dessorção de cádmio em Latossolos brasileiros

Reações de adsorção e dessorção de metais em solos são influenciadas por atributos de superfície dos colóides e pela composição da solução no meio. Este estudo avaliou o efeito do pH sobre a adsorção (Cd ads) e dessorção (Cd des) de Cd em amostras do horizonte A de l7 Latossolos do Brasil. Amostras de cada solo foram suspensas em Ca(NO3)2 5 mmol L-1 (pH ajustado para 4,5; 5,5; e 6,5; relação solo:solução 1:67) e colocadas para reagir com Cd(NO3)2 0,20 mmol L-1 (relação solo:solução final 1:100) por 72 h. Imediatamente após a retirada do sobrenadante para determinação do Cd ads, adicionaram-se, ao resíduo remanescente, 25 mL de Ca(NO3)2 5 mmol L-1 para realização da dessorção do Cd adsorvido nas amostras de solo. Foi verificado um aumento na Cd ads de 1,3; 1,7 e 2,2 vezes decorrente da elevação do pH de 4,5 para 5,5; de 5,5 para 6,5 e de 4,5 para 6,5, respectivamente. Isso corresponde a uma percentagem de Cd adsorvido de 27 % em pH 4,5; 35 % em pH 5,5 e 55 % em pH 6,5. O efeito dos atributos dos solos sobre a adsorção de Cd só foi evidenciado em pH 5,5 e 6,5 por meio das correlações entre o Cd ads e a matéria orgânica, área superficial específica (SE), CTC a pH 7,0 (CTC), teores de caulinita, hematita, Fe2O3 extraído pelo oxalato ácido de amônio e argila, dentre outros atributos. Todavia, apenas a CTC e o conteúdo de argila, em pH 5,5, e a SE, em pH 6,5, foram incluídos no modelo de predição de Cd ads obtidos por meio de análises de regressão múltipla. A adsorção em valores de pH mais elevados não propiciou redução no Cd des, o qual se situou em torno de 20 % para pH 4,5 e 40 % para pH 5,5 e 6,5. A baixa proporção de Cd adsorvido por estes Latossolos, principalmente em menores valores de pH, reforça a necessidade da adoção de critérios adequados quando do uso ou descarte de resíduos que contêm Cd em áreas agrícolas ou próximas a aqüíferos.

Comportamento sortivo, individual e competitivo, de metais pesados em Latossolos com mineralogia contrastante

O efeito poluente de elementos-traço no ambiente depende, principalmente, da capacidade dos colóides do solo em sorvê-los e mantê-los retidos com alta energia. Neste trabalho, avaliou-se a adsorção e dessorção de Cd, Cu e Pb em amostras do horizonte A de Latossolo Vermelho e Latossolo Vermelho-Amarelo com textura semelhante e mineralogia contrastante. Para isso, foram construídas isotermas de adsorção desses três metais, individual e simultaneamente, por meio da reação das amostras de solo suspensas em Ca(NO3)2 5 mmol L-1 (pH ajustado para 5,5), com soluções dos metais nas concentrações de 0; 0,01; 0,05; 0,10; 0,15; e 0,75 mmol L-1. Posteriormente, procedeu-se aos ensaios de dessorção dos elementos previamente adsorvidos em solução de Ca(NO3)2 5 mmol L-1. O modelo de isoterma de Langmuir (P < 0,01) se ajustou aos dados obtidos e ambos os solos apresentaram maior capacidade máxima de adsorção para Cu e Pb, comparados ao Cd. A adsorção simultânea reduziu a adsorção dos três metais, sendo as maiores reduções observadas para o Cd. Houve baixa dessorção dos metais adsorvidos, indicando a ocorrência de histerese. O menor poder competitivo de Cd, evidenciado pela redução da sua capacidade máxima de adsorção na presença dos outros metais, torna esse elemento altamente preocupante em solos tropicais mais intemperizados, como os Latossolos.

Efeito da natureza do eletrólito e da força iônica na energia livre da reação de adsorção de níquel em solos

A adsorção é o principal processo responsável pelo acúmulo de metais pesados na superfície dos colóides do solo. O conhecimento detalhado desse fenômeno pode fornecer subsídios para o aprimoramento das práticas de remediação de solos contaminados. Avaliou-se a energia livre (deltaG0) de adsorção de Ni em amostras superficiais (0,0-0,2 m) e subsuperficiais (na maior expressão do horizonte B) de um Latossolo Vermelho acriférrico típico textura argilosa (LVwf) e de um Nitossolo Vermelho eutroférrico textura muito argilosa (NVef), utilizando-se soluções de NaCl e CaCl2 em três forças iônicas (1,0, 0,1 e 0,01 mol L-1). As amostras de solo receberam 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50 e 70 mg dm-3 de Ni, na proporção solo:solução de 1:10. A adsorção de Ni pelos solos foi espontânea, visto que a deltaG0 apresentou valores negativos em todas as concentrações estudadas. Os valores de deltaG0 diminuíram com o aumento da dose de Ni adicionada. O NVef apresentou maior deltaG0 que o LVwf devido, principalmente, às suas características químicas e mineralógicas. Os horizontes superficiais apresentaram, em geral, maior deltaG0 em relação aos subsuperficiais, em razão do elevado teor de matéria orgânica encontrado em superfície. A deltaG0 foi maior para as menores forças iônicas do meio, tanto para CaCl2 quanto para NaCl.

Cinética de liberação de chumbo de solos de área de mineração e metalurgia de metais pesados

O estudo de cinética de liberação de metais pesados é uma importante ferramenta de diagnóstico ambiental de áreas contaminadas, pois determina, além dos teores acumulados liberados após tempos crescentes de equilíbrio, a taxa (velocidade) de dessorção desses poluentes para a solução do solo. Com o objetivo de avaliar a cinética de liberação de Pb de solos da área de mineração e metalurgia de metais pesados, no município de Adrianópolis (PR), vale do rio Ribeira, selecionaram-se oito solos, submetidos a diferentes formas de contaminação (solos 2, 4 e 5 - incorporação de resíduos da metalurgia de metais pesados aos perfis; solos 3, 6 e 7 - adição de Pb particulado via chaminés da fábrica; solo 8 - contaminação por passagem da água pluvial pela fábrica desativada, que escorre em direção ao rio Ribeira). O solo 1, sob mata nativa, fora da direção de caminhamento das fumaças da metalurgia, localizado a 1.560 m de distância e a 380 m acima da cota da fábrica desativada, foi escolhido como referência dos teores naturais de Pb dos solos da região. As amostras de solo, coletadas em duas profundidades (0 a 10 e 20 a 40 cm), foram submetidas a extrações sequenciais com ácido cítrico 0,1 mol L-1 após diferentes períodos de contato (tempos acumulados: 2, 14, 38, 86, 182, 326, 518, 806 e 1.382 h). Os teores totais de Pb (extração com HF e HNO3 concentrados e H2O2 30 % v/v) foram altos (máximo de 24.755,6 mg kg-1) e indicaram intensa contaminação dos solos. Os dados da cinética de liberação foram ajustados às equações parabólicas de difusão, sendo a liberação do Pb gradual e bifásica, com velocidade de liberação maior na primeira fase. Os solos 3 e 5 foram considerados com elevado potencial de contaminação ambiental devido aos altos teores de Pb dessorvido acumulados nas extrações sequenciais com ácido cítrico (máximo de 18.577,4 mg kg-1). O solo 6, com baixos teores de argila, apresentou a maior velocidade (taxa) de dessorção de Pb.

Extrações sequenciais de chumbo e zinco em solos de área de mineração e metalurgia de metais pesados

A extração sequencial permite obter informações mais detalhadas sobre origem, modo de ocorrência, disponibilidade biológica e físico-química, mobilização e transporte dos metais pesados em ambientes naturais. Com o objetivo de estudar as formas de Pb e Zn foram selecionados oito perfis de solos de diferentes locais dentro de área de mineração e metalurgia de Pb, no município de Adrianópolis (PR), Vale do Rio Ribeira. As amostras foram coletadas nas profundidades de 0 a 10, 10 a 20 e 20 a 40 cm. Foram determinados os teores totais de Pb e Zn e sua especiação nas formas: solúvel; trocável; ligada a carbonatos; ligada à matéria orgânica; ligada aos óxidos de Fe de Al de baixa cristalinidade; ligada aos óxidos de Al cristalinos e filossilicatos 1:1 e 2:1; e residual. Com base nos valores percentuais de participação de cada fração nos teores totais, procedeu-se ao agrupamento das amostras similares por meio da análise de componentes principais (PCA). Houve basicamente duas formas de contaminação dos perfis de solo, sendo uma em decorrência das partículas das chaminés e a outra em função do acúmulo de rejeitos sólidos sobre os solos. A primeira foi mais prejudicial ao ambiente em razão dos maiores teores totais e de formas mais disponíveis no solo (solução mais trocável). De modo geral, houve maior associação de Pb aos carbonatos, seguida das frações residual e óxidos de Fe e Al de baixa cristalinidade. O Zn apresentou-se em formas mais insolúveis, aumentando a participação da fração residual nos teores totais. A PCA foi sensível às diferentes formas de Pb nos solos, pois promoveu o agrupamento das amostras, principalmente, em função da participação das formas trocáveis, ligadas aos óxidos de Fe e Al e ligadas aos carbonatos, em relação aos teores totais.

Adsorção de cádmio em Latossolos sob vegetação de mata nativa e cultivados¹

Os metais pesados podem ser encontrados naturalmente em solos, em baixas concentrações, podendo ter seus teores intensificados por meio de ações antrópicas, tornando-se um dos entraves no manejo de solos tropicais. Esses elementos químicos podem ser encontrados na constituição de adubos orgânicos e inorgânicos, inseticidas, fungicidas, rejeito de mineração e lixo urbano, podendo causar sérios danos ao ambiente e à saúde humana. Nesse sentido, estudos de adsorção são imprescindíveis na avaliação do comportamento de metais pesados no solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência dos atributos químicos, granulométricos e mineralógicos sobre a adsorção de Cd, avaliados pelos modelos de Langmuir e de Freundlich, em Latossolos que sofreram ou não ação antrópica. As amostras de solo foram coletadas da camada superficial, 0,00-0,20 m, sendo realizadas análises químicas, granulométricas e mineralógicas. No estudo de adsorção, foram usadas as concentrações 0, 5, 25, 50, 100, 200, 300 e 400 µg L-1 de Cd na forma de Cd(NO3)2. Para a construção das isotermas de adsorção, utilizaram-se os modelos matemáticos empíricos de Langmuir e Freundlich. Os dados obtidos foram analisados por meio de técnicas estatísticas multivariadas, Análise de Agrupamento e Análise de Componentes Principais; no experimento de adsorção os dados ajustaram-se aos modelos de Langmuir e Freundlich. Os solos com menor relação goethita/hematita e maior capacidade de troca de cátions e pH apresentaram maior capacidade máxima de adsorção de Cd.