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Título: Adsorção individual, competitiva e estudos cinéticos e termodinâmicos de cobre, chumbo e níquel em solos de uma topossequência do Cerrado
Autor(es): Sena, Milenna Milhomem
Orientador(es): Sodré, Fernando Fabriz
Coorientador(es): Busato, Jader Galba
Assunto: Solos - adsorção - metais
Matéria orgânica do solo
Metais
Data de publicação: 14-Fev-2019
Referência: SENA, Milenna Milhomem. Adsorção individual, competitiva e estudos cinéticos e termodinâmicos de cobre, chumbo e níquel em solos de uma topossequência do Cerrado. 2018. xiii, 121 f., il. Tese (Doutorado em Química)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Resumo: A biodisponibilidade e transporte de metais potencialmente tóxicos para outros compartimentos depende, essencialmente, de suas especiação e capacidade em interagir com diferentes componentes. Em solos, um dos fenômenos mais importantes que governa o destino ambiental desses metais é a adsorção. Esse trabalho buscou investigar o comportamento de cobre, chumbo e níquel em solos de uma topossequência do Distrito Federal por meio de múltiplas abordagens envolvendo processos de adsorção. Foram construídas isotermas de adsorção, as quais foram ajustadas às equações não-lineares dos modelos de Langmuir, Freundlich, Temkin e Dubin-Radushkevich para sistemas individuais, e de Sheindorf-Rebuhn-Sheintuch para sistemas competitivos. Em sistemas individuais, os resultados foram melhor descritos pelo modelo de Freundlich (r2>0,98) para o Cu e Pb e pelo modelo de Langmuir para o Ni (r2 > 0,98). A capacidade adsortiva dos solos dada pela constante de Freundlich (𝐾𝐹) variou de 0,13 a 0,68 mg g-1 para o Cu, de 0,83 a 2,4 mg g-1 para o Pb e de 0,037 a 0,077 mg g-1 para o Ni. Entre os solos, a capacidade em adsorver os metais seguiu a ordem Organossolo (OXs) > Gleissolo (GXbd) > Latossolo vermelho 2 (LVw2) > Latossolo vermelho 1 (LVw1) para o Cu e Pb e a ordem OXs > GXbd > LVw1 > LVw2 no caso do Ni, mostrando que os solos menos intemperizados apresentaram maior quantidade de sítios de adsorção. A capacidade máxima de adsorção, 𝑞𝑚, estimada pelo modelo de Langmuir variou entre 2,4 e 4,3 mg g-1 para o Cu, 8,5 e 16 mg g-1 para o Pb e 0,84 e 0,86 mg g-1 para o Ni. Enquanto a capacidade máxima de adsorção foi sempre superior para o Pb seguida do Cu, os parâmetros relativos a energia das ligações, 𝐾𝐿 e 𝐸, seguiram a ordem crescente Ni < Pb < Cu. O coeficiente de correlação linear de Pearson (r) mostrou que a adsorção de Cu e Pb foi controlada pelos teores de matéria orgânica e argilominerais 2:1, enquanto que a adsorção de Ni foi governada pela matéria orgânica. Os dados da cinética de adsorção foram ajustados ao modelo de pseudo-segunda ordem, sugerindo a quimissorção como etapa limitante da velocidade das reações. Os dados obtidos em diferentes temperaturas revelaram que o fenômeno de adsorção de Cu, Pb e Ni nos solos da topossequência estudada é endotérmico (Δ𝐻° > 0), espontâneo (Δ𝐺° < 0) e ocorre com o aumento na entropia do sistema (Δ𝑆° > 0) devido a dessolvatação. Em sistemas competitivos, foi observado que Ni foi o metal que menos afetou a adsorção tanto de Pb quanto de Cu. Por outro lado, constatou-se uma maior inibição da adsorção do Ni, quando comparado aos demais metais. Os valores de 𝐾𝐹 mostraram uma redução comparado aos seus valores em sistemas individuais refletindo uma maior disponibilidade dos metais para absorção pelas plantas. A maior porcentagem de redução para adsorção de Pb em sistemas contendo Cu como metal competitivo em relação a adsorção de Cu em sistemas contendo Pb, foi atribuída ao caráter mais macio do Pb e a maior eletronegatividade do Cu. Embora o Pb tenha apresentado maior capacidade adsortiva, a energia de ligação menor possibilita sua troca pelo Cu, em situação de competição. Como os solos investigados apresentam baixos níveis de micronutrientes disponíveis, os resultados evidenciaram maior probabilidade de contaminação ambiental para os Latossolos, durante práticas de fertilização, uma vez que para todos metais, LVw1 e LVw2 exibiram interações solo-metal mais fracas.
Abstract: The bioavailability and transport of potentially toxic metals in the environment depend on their speciation and capacity to interact with different components. In soils, one of the most important phenomena that govern environmental fate of trace metals is the adsorption. This work investigated the behavior of copper, nickel and lead in soils from a topossequence located in Federal District using multiple approaches. Adsorption isotherms were constructed to evaluate the adsorptive capacity of soils and adsorption parameters were obtained using non-linear regressions based on the models of Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich to individual systems, and Sheindorf-Rebuhn-Sheintuch model to competitive systems. Results were better described by the Freundlich model (r2 > 0,98) for Cu and Pb and by Langmuir model for Ni (r2 > 0,98). The 𝐾𝐹 constant, related to the Freundlich’s adsorption capacity, varied from 0.13 to 0.68 mg g-1 for Cu, 0.83 to 2.4 mg g-1 for Pb and 0.037 to 0.077 mg g-1 for Ni. The capacity to adsorb metals followed the order Organosol (OXs) > Gleisol (GXbd) > Red Latosol 2 (LVw2) > Red Latosol 1 (LVw1) for Cu and Pb and OXs > GXbd > LVw1 > LVw2 for Ni, evidencing that less weathered soils present higher concentration of stable adsorption sites. The maximum adsorption capacity, 𝑞𝑚, estimated by the Langmuir model varied from 2.4 to 4.3 mg g-1 for Cu, from 8.5 to 16 mg g-1 for Pb and from 0.84 to 0.86 mg g-1 for Ni. While the maximum adsorption capacity was always higher for Pb followed by Cu, parameters related to binding strength, 𝐾𝐿 and 𝐸, followed the order Ni < Pb < Cu. The Pearson correlation coefficient (r) revealed that the adsorption of Cu and Pb was controlled by the organic matter content and 2:1 clay, while the Ni adsorption was governed organic matter. Adsorption kinetic data were adjusted to pseudo-second order model, suggesting that chemisorption was the rate-limiting step. The results of adsorption at different temperatures revealed that the adsorption of Cu, Pb and Ni in the soils is endothermic (Δ𝐻° > 0), spontaneous (Δ𝐺°<0) and occurs with increase in system disorder (Δ𝑆°>0) due to desolvation. Under competitive adsorption experiments, it was observed that Ni did not affect metal adsorption for Pb and Cu. On the other hand, a greater inhibition of Ni adsorption in competitive systems was noticed. 𝐾𝐹 values for the competitive SRS equation were lower in competitive systems for all metals in comparison with values obtained for individual systems making them more available to plants. The highest reduction was observed for Pb adsorption in Cu containing solutions, when compared to Cu adsorption in systems containing Pb, probably due to the soft character of Pb and the greater electronegativity of Cu. Although Pb had higher adsorption capacity, its lower biding energy can explain the exchange for Cu in a competitive situation. As the investigated soils present low levels of available micronutrients, results showed a greater probability to environmental contamination for the Latosols during fertilization practices, since for all metals, LVw1 and LVw2 exhibited weaker soil-metal interactions.
Informações adicionais: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2018.
Licença: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).
Aparece nas coleções:IQ - Doutorado em Química (Teses)

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