Diminuição da concentração de crómio(VI) nos efluentes, por bioadsorção pela

Saccharomyces Cerevisiae

Francisco Geraldes Barba

João Francisco Martins

Sara Pinheiro

Professora: Margarida Duarte

ESCOLA SECUNDÁRIA COM 3º CICLO DE AZAMBUJA

ANO LETIVO 2014/2015

AGRUPAMENTO DE ESCOLAS DE AZAMBUJA

Projeto de Química

23ºCONCURSO JOVENS CIENTISTAS INVESTIGADORES

12º Ano

2

ÍNDICE

OBJETIVOS 3

INTRODUÇÃO

O crómio 3

O processo de adsorção 4

Saccharomyces Cerevisiae 5

O espetro da luz visível e cor 6

O método da difenilcarbazida 7

METODOLOGIA E RESULTADOS EXPERIMENTAIS

1. Solução-Mãe 8

2. Reta de calibração

2.1. Preparação da solução 1,5-difenilcarbazida 8

2.2. Complexação do ião Cr(VI) 8

2.3. Determinação do pH de máxima absorvância para o complexo crómio-difenilcarbazida

9

2.4. Traçado da reta de calibração 10

3. Levedura 11

4. Testes de adorção

A. Agitação 12

B. Concentração da solução inicial 13

C. Massa de levedura 14

D. Tempo 15

E. pH 16

F. Temperatura 17

DISCUSSÃO DE RESULTADOS E CONCLUSÕES 17

BIBLIOGRAFIA 21

3

Objetivos

1. Reduzir a concentração de crómio hexavalente nos efluentes industriais, utilizando resíduos da

levedura Saccharomyces Cerevisiae, provenientes da fermentação alcoólica de indústrias

cervejeiras, resíduo que não apresenta qualquer valor comercial.

2. Apresentar as condições mais favoráveis para que a bioadsorção de crómio hexavalente pela

levedura Saccharomyces Cerevisiae se dê com o máximo rendimento.

Introdução

Apresentaremos um projeto multidisciplinar (QUÍMICA E BIOLOGIA) que demonstra a nossa

preocupação, enquanto alunos e cidadãos responsáveis, de responder aos desafios da globalização,

com base na CIÊNCIA.

De modo a testar o impacto social deste projeto, a ideia foi apresentada aos responsáveis pela

empresa MMCL- Cervejeiros lda (www.cervejabolina.pt) que prontamente se aliaram a nós

mostrando muito interesse neste estudo. Esta empresa fabrica a cerveja artesanal Bolina e está

sediada na mesma Vila que a nossa Escola Secundária – vila de Azambuja. Forneceram-nos a

levedura esgotada, necessária para o trabalho experimental, pois é uma preocupação sua tornar útil

este resíduo industrial (anexo II).

O projecto já concluído foi apresentado à empresa ENVABIEN que que apresentou um parecer muito

favorável que se junta ao relatório no anexo III.

Contamos também com os departamentos de Química da Faculdade de Ciências e Tecnologias da

Universidade Nova de Lisboa, nomeadamente com o Professor Doutor João Sottomayor, para o

estudo do comportamento das leveduras e do processo de adsorção, tornando este trabalho

multidisciplinar.

Cremos que a bioadsorção do crómio hexavalente pela levedura esgotada, Saccharomyces

Cerevisiae, é uma ótima solução para este problema ambiental por ser de baixo custo e por utilizar o

resíduo de outra indústria, diminuindo assim o impacto ambiental.

Acreditamos conseguir uma redução apreciável dos níveis de crómio nos efluentes e assim dar a

conhecer um método biológico e bastante barato de tratamento dos efluentes com metais pesados.

As indústrias de curtumes, galvanoplastia e tintas poderão estabelecer parcerias com produtores de

cerveja, os quais terão um bom destino a dar aos resíduos de levedura coletados.

4

O crómio

O elemento crómio apresenta diferentes estados de oxidação, que variam de (-2) a (+6), sendo que

os mais estáveis, na Natureza, são (+3) e (+6).

As formas de Cr (III) e Cr (VI) diferem significativamente nas propriedades biológicas, geoquímicas e

toxicológicas. Enquanto o Cr (III), em baixa concentração, é considerado essencial ao metabolismo

da glicose, lípidos e proteínas, o Cr (VI) é tóxico.

Esta diferença de toxidade pode ser justificada pelo fato do Cr (VI) penetrar através da membrana

celular com muita facilidade e ser um agente oxidante muito forte podendo até interagir com

constituintes da célula, inclusive material genético, causando mutações e danos nos cromossomas.

Para o homem, o Cr (VI) é considerado uma substância cancerígena. Diversos estudos comprovaram

o aparecimento de cancro de pulmão devido à exposição de trabalhadores a Cr (VI).

Assim, entre outras desvantagens, a espécie hexavalente (entende-se por Crómio hexavalente o ião

Cr6+) pode exercer efeito tóxico na vida aquática e, através da cadeia alimentar, na vida humana.

A contaminação ambiental por crómio (VI) pode ser oriunda de efluentes descartados das torres de

arrefecimento de água e de indústrias químicas de curtumes, aço, galvanoplastia e tintas. A indústria

de curtumes de couros utiliza principalmente o crómio na etapa de curtimento da matéria-prima,

por este conferir um menor tempo de processamento e uma maior qualidade ao couro. O crómio

adicionado normalmente é o sulfato básico de crómio onde este se apresenta no estado trivalente,

mas que pode ser oxidado facilmente a crómio hexavalente durante o processo.

As legislações ambientais severas e a, cada vez maior, consciência ambiental visam um descarte

inofensivo de efluentes para o ambiente. Atualmente o valor limite de emissão (VLE), expresso no

anexo XVIII do decreto-lei 236/98 do Ministério da Agricultura, é 0,1mg/L.

Os tratamentos que se fazem hoje em dia aos efluentes são bastante caros e complicados, embora

eficazes. Baseiam-se na adsorção por carvão ativado, reagente que é dispendioso e de difícil

regeneração.

O processo de Adsorção

A adsorção é um processo estudado pela Química-Física de Superfícies e está intimamente ligado ao

estudo da relação entre interfaces (entre duas superfícies).

Distinguem-se dois tipos de adsorção, a Adsorção Física e a Adsorção Química.

Na adsorção química as moléculas estabelecem ligações covalentes com o substrato.

A solução que apresentamos, neste projeto, é a adsorção física, que consiste na retenção, à

superfície de um sólido, de partículas líquidas ou gasosas (fluído), devido a uma atração entre as

moléculas da superfície do adsorvente e as do fluido. As moléculas mantêm a sua identidade e

ligam-se por ligações de Van der Waals.

A adsorção não é um processo estático, mas de equilíbrio dinâmico entre moléculas que são

adsorvidas e as dessorvidas. Esse equilíbrio é uma função da temperatura.

5

Observando dois momentos diferentes, a adsorção pode representar-se da seguinte maneira

𝑂2 +𝑀 ↔𝑂2

𝑀

sendo que no 2º membro pretendemos representar uma molécula de O2 adsorvida à superfície de

um material M.

No primeiro membro a entropia é maior que no segundo membro. Segundo o 2º Principio da

Termodinâmica "Todas as transformações espontâneas ocorrem com aumento de entropia do

Universo”. Assim sendo, uma vez que o processo de adsorção ocorre com diminuição de entropia do

sistema, a variação de entropia da vizinhança terá de aumentar.

Para que uma reação seja espontânea,

ΔG ˂ 0 (Energia livre de Gibbs menor que 0)

ΔG = ΔHads – TΔS

(ΔH=variação de entalpia) (ΔS=Variação de entropia)

Para ΔG ser negativa, ΔHads (variação de entalpia da reação direta- adsorção física) tem de ser

negativa e de valor absoluto superior ao do produto TΔS.

Assim concluimos que a reação de adsorção é uma reação exotérmica, ΔHads ˂ 0, sendo favorecida

pela diminuição da temperatura.

Como adsorvente utilizámos a levedura Saccharomyces Cerevisiae, pertencente ao reino Fungi, que

é talvez a mais útil das leveduras, uma vez que é utilizada, desde há muito tempo, em processos

fermentativos, quer na produção de pão, quer na de bebidas alcoólicas.

Saccharomyces Cerevisiae

As leveduras (pertencentes ao grupo dos fungos) são

organismos eucarióticos unicelulares que existem no solo, ar,

plantas, frutos e alimentos. São conhecidas pelo seu papel

milenar na produção de pão, vinho e cerveja, devido à sua

capacidade de produzir álcool (principalmente o etanol,

presente em bebidas fermentadas) e dióxido de carbono (que

permite a expansão da massa do pão) a partir de açúcares.

A espécie mais comum é a Saccharomyces Cerevisae, conhecida

vulgarmente como levedura de padeiro ou da cerveja.

Ao microscópio tem um aspeto característico com colónias de

superfície redonda e bordos lisos e brilhantes.

A grande área superficial e a porosidade das células facilitarão o papel desta levedura como bio-

adsorvente do crómio hexavalente.

Fig. 1 Saccharomyces Cerevisiae

6

O espectro da luz visível e a cor

A cor que uma amostra apresenta resulta da absorção seletiva das radiações na zona do espectro

visível. A cor de um complexo (ou de qualquer substância) observado à luz branca é a cor da luz que

não é absorvida, ou seja, a que é refletida pela amostra desse complexo.

A absorção de luz visível ou ultravioleta por uma molécula corresponde à excitação dos respetivos

eletrões, ou seja, a cor é o resultado das transições dos eletrões entre alguns níveis de energia

eletrónica das moléculas. Quando uma radiação eletromagnética incide numa molécula, os eletrões

dessa molécula podem ser excitados para estados de energia superior. A relação entre a diferença

dos níveis de energia e a frequência da radiação absorvida é:

ΔE = hv

Sendo h a constante de Planck e v a frequência da radiação.

O estudo da absorção na zona do visível e do ultravioleta fornece-nos assim informações sobre os

níveis eletrónicos das moléculas. O espetro de absorção de uma substância é um gráfico da

quantidade de radiação absorvida pela amostra em função do comprimento de onda. Os espetros de

absorção são obtidos usando aparelhos chamados espectrómetros. Para a zona do ultravioleta e do

visível, os espectrómetro são designados por espectrofotómetros.

O estudo quantitativo da radiação absorvida por uma solução permite determinar a concentração da

solução. Define-se absorvância, A, como o logaritmo da relação entre a intensidade da luz incidente,

I0, e a intensidade da luz transmitida, I.

𝐴 = 𝑙𝑜𝑔𝐼0𝐼

A intensidade da luz absorvida por espécies moleculares em solução é tanto maior quanto maior for

o número de moléculas "no caminho" da luz. Assim, a absorvância aumenta com a espessura,l, da

amostra de uma solução e com a concentração, c, desta. A lei que relaciona a absorvância com a

espessura e a concentração é a lei de Lambert-Beer:

𝐴 = 𝜀𝑙𝑐

Esta expressão permite determinar a concentração de uma solução a partir do respetivo espetro de

absorção, conhecidos os valores de 𝜀 e l.

𝜀 é, para um dado comprimentos de onda, uma constante característica do composto, denominada

coeficiente de absorção molar.

Podemos considerar que a absorvância é diretamente proporcional à concentração de uma solução

o que nos permitirá construir uma reta de calibração, essencial para a determinação de

concentrações desconhecidas, sabendo a sua absorvância, num comprimento de onda pré-

determinado.

O ião crómio hexavalente, objeto de estudo nesta pesquisa, para que absorva em comprimentos de

onda da região do visível terá que ser complexado. Utilizaremos o reagente cromogénico 1,5-

difenilcarbazida cujo complexo de crómio apresenta uma cor rosa.

7

O método da difenilcarbazida

O método da difenilcarbazida é um método colorimétrico sensível em que a determinação do

crómio hexavalente é feita com base na formação de um complexo molecular com cor.

Apenas o Cr (VI) presente na amostra previamente acidificada, reage com a difenilcarbazida

formando um complexo de cor rosa-púrpura com um máximo de absorvância a 540nm,

comprimento de onda determinado por nós neste trabalho.

A absorvância desta solução colorida é medida espectrofotometricamente na zona do visível e a

concentração de Cr (VI) é determinada por comparação com a absorvância da amostra com a dos

padrões que sofreram igual tratamento.

8

Metodologia e Resultados experimentais

1. SOLUÇÃO-MÃE

Utilizámos soluções de K2Cr2O7, dicromato de potássio, como fonte de crómio hexavalente,

simulando a concentração de crómio nos efluentes industriais.

Foi preparada, rigorosamente uma solução aquosa de dicromato de potássio com a concentração

em Cr (VI) de 9,62x10-3 mol/dm3 (500ppm – 500 partes por milhão)- Solução-Mãe-

Todas as soluções utilizadas neste trabalho são diluições da Solução-Mãe.

2. RETA DE CALIBRAÇÃO de acordo com a lei de Lambert-Beer

A partir da Solução-Mãe, foram preparadas 15 soluções com concentrações rigorosas,

compreendidas entre 0,05 ppm e 4,00 ppm e volume de 100 ml.

Como o ião a analisar absorve fracamente na região do visível, foi necessário complexá-lo utilizando

um reagente cromogénico, uma solução de 1,5-difenilcarbazida, em pH 2.

Foi medida a absorvância de cada uma das soluções, no espetrofotómetro no comprimento de onda

540nm e traçada a reta correspondente, de acordo com a lei de Lambert-Beer.

2.1. Preparação da solução de 1,5-difenilcarbazida

A solução foi preparada a partir de 1g de 1,5-difenilcarbazida em 200 ml de acetona e,

posteriormente guardada num frasco castanho, uma vez que a difenilcarbazida é fotossensível, ou

seja a luz altera as suas propriedades.

2.2. Complexação do ião Cr(VI)

Adicionou-se a cada uma das 15 soluções preparadas, 2 ml

de difenilcarbazida.

Acidificou-se com H2SO4 (4 gotas) para pH=2.

Esperou-se cerca de 10 minutos para que a cor se

desenvolvesse completamente.

As soluções apresentaram a cor rosa, própria do complexo

do ião crómio.

Fig. 2 Soluções com concentração crescente de Crómio complexado

9

2.3. Determinação do pH de máxima absorvância para o complexo crómio-1,5-

difenilcarbazida

Utilizando a solução com concentração 4,00 ppm já preparada, e com o ião devidamente

complexado, foram mediadas as absorvâncias numa gama de comprimentos de onda compreendida

entre 400 nm e 600 nm.

Tabela 1 Variação da Absorvância em função do comprimento de onda

Comprimento de onda

(nm) 400 450 460 470 480 490 500 520 530 540 550 560 580 600

Absorvância 0.07

2 0.129 0.144 0.167 0.199 0.247 0.311 0.449 0.507 0.530 0.522 0.484 0.366 0.199

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

300 350 400 450 500 550 600 650 700

Ab

sorv

ânci

a

Comprimento de onda (nm)

Comprimento de onda de máxima absorvância para o Complexo Cr6+/ Difenilcarbazida

10

y = 0,1029xR² = 0,9899

0,0000,0300,0600,0900,1200,1500,1800,2100,2400,2700,3000,3300,3600,3900,4200,450

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

Ab

sorv

ânci

a

Concentração da solução (ppm)

Reta de calibração

2.4. Traçado da reta de calibração

Utilizando a espetrofotometria na região do visível (ʎ=540nm), foi medida a absorvância (A) de cada

solução.

Tabela 2 Leituras de Absorvancia para as várias concentrações de Crómio hexavalente

[Cr(VI)] (ppm)

Absorvância

1ª leitura 2ª leitura 3ª leitura

Valor mais provável

0,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,05 0,003 0,001 0,001 0,002

0,08 0,004 0,004 0,004 0,004

0,10 0,006 0,006 0,006 0,006

0,20 0,008 0,009 0,009 0,009

0,30 0,019 0,019 0,018 0,019

0,40 0,033 0,037 0,033 0,034

0,50 0,028 0,027 0,027 0,027

0,80 0,045 0,044 0,045 0,045

1,00 0,104 0,105 0,105 0,105

1,50 0,175 0,173 0,172 0,173

2,00 0,201 0,201 0,202 0,201

2,50 0,106 0,105 0,105 0,105

3,00 0,316 0,315 0,315 0,315

3,50 0,352 0,353 0,352 0,352

4,00 0,422 0,423 0,421 0,422

Obtendo as correspondências entre a concentração de cada solução e a respetiva absorvância, foi

traçada a reta de calibração, utilizando Lei de Lambert-Beer.

Temos assim a equação da reta que melhor se ajusta aos valores determinados. A partir dela,

poderemos saber qual a concentração em crómio hexavalente, de qualquer solução, desde que

determinemos a respetiva absorvância.

11

3. LEVEDURA

A levedura que usamos no nosso estudo, como já referido anteriormente, provém da fábrica da

cerveja "Bolina". Esta levedura foi extraída das tubas onde havia sido feita a fermentação alcoólica

pela Saccharomyces Cerevisiae. Depois de a fermentação ter sido feita, o nosso adsorvente tem de

ser retirado das bicas em conjunto com o Lúpulos para posterior purificação e venda da cerveja.

Estes dois resíduos do fabrico da cerveja apresentam-se no estado sólido, razão pela qual se

depositam no fundo da bica e, por terem diferentes densidades, não se misturam, passando a ter na

tuba uma fase de lúpulos, outra de levedura, e por cima destas duas o produto final, a cerveja.

Para retirar levedura da tuba, há uma torneira no fundo desta que abrindo procede ao esvaziamento

das fases sólidas desta mistura, começando por sair o lúpulos e de seguida a levedura. Esta foi

guardada em recipientes para transporte para o laboratório. Como a levedura estava em contato

direto com a cerveja, apresentava um grau de humidade bastante elevado e, por isso, a sua

densidade não era certa (à medida que o tempo passava com a levedura ao ar livre, esta ia secando,

mudando de consistência e densidade).

Para termos noção da percentagem de humidade que a levedura tinha, procedemos à secagem

desta. Começamos por experimentar numa estufa, mas a levedura "caramelizou" ganhando uma

consistência rígida e quebradiça. Assim decidimos secar a levedura com um secador de cabelo, de

maneira a ter sempre ar a passar, e para ajudar a secar tanto o exterior como o interior da "pasta",

usamos como utensílio também uma vareta de vidro. Os resultados são apresentados na seguinte

tabela.

Tabela 3 Massa de levedura antes e depois de secar

Massa Inicial (g) 8,75 11,61 11,16 17,42 15,09

Massa Final (g) 1,98 2,79 2,40 5,09 4,6

A massa diminui cerca de 80%, ou seja, 80% da levedura inicialmente obtida na fábrica é humidade.

Assim, ao longo dos dias, como a levedura é mantida em gobelés, a sua densidade vai-se alterando,

razão pela qual os resultados experimentais são apenas comparáveis quando os ensaios são feitos

no mesmo dia.

Fig. 3 Levedura Seca Fig. 4 Levedura Húmida

12

Levedura seca ou húmida?

Tabela 4 Resultados obtidos com levedura seca e humida

[Cr(VI)]inicial (ppm)

Massa de levedura

(g) Tempo Agitação Absorvância

[Cr(VI)]final (ppm)

Redução (%)

10

12,00 (húmida) 30

minutos Sim

0,535 5,20 48,0

2,4g (seca)

0,730 7,12 28,8

4. TESTES DE ADSORÇÃO

1. Preparar múltiplas soluções de Cr (VI), de igual volume.

2. Adicionar a massa adequada de levedura esgotada a cada solução, agitando por um tempo bem

determinado.

3. Filtrar e centrifugar.

5. Adicionar o reagente cromogénico 1,5-difenilcarbazida, mantendo o pH=2, para detecção no

espectrofotómetro. E esperar o desenvolvimento total da cor (10 min).

6. Medir a absorvância no comprimento de onda escolhido (540 nm).

7. Proceder a várias leituras, variando

A. a agitação

B. a concentração das soluções

C. a massa de levedura adicionada

D. o tempo de atuação após a adição da levedura

E. o pH da solução com levedura

F. a temperatura durante a adsorção

8. Com ajuda da reta de calibração, determinar a concentração final de crómio hexavalente, de

cada solução.

9. Comparar a concentração final com a inicial e tirar conclusões acerca da eficácia do método.

NOTAS:

os valores de absorvância que se apresentam nas tabelas de resultados indicam o valor mais provável ou seja, são a média aritmética de 3 leituras.

Por Redução (%) entende-se diminuição da concentração de crómio(VI), em percentagem.

13

A. Agitação após a adição da levedura

Tabela 5 Resultados obtidos com e sem agitação

[Cr(VI)]inicial (ppm)

Massa de levedura

(g) Tempo Agitação Absorvância

[Cr(VI)]final (ppm)

Redução (%)

10 12,00 30

minutos

Não 0,478 4,65 53,5

Sim 0,535 5,20 48,0

B. Concentração das soluções

Tabela 6 Resultados obtidos variando a concentração de crómio

[Cr(VI)]inicial (ppm)

Massa de levedura (g)

Tempo Absorvância [Cr(VI)]final

(ppm) Redução

(%)

5

12,00 30 minutos

0,354 3,44 31,2

10 0,478 4,65 53,5

15 0,624 6,06 59,6

20 0,886 8,63 56,9

Fig. 6 Filtração de Soluções Fig. 5 Erlenmeyers com as soluções já filtradas e centrifugadas. Balões volumétricos com as soluções prontas para ler a absorvância.

0

5

10

15

20

25

0 30 60 90

Co

nce

ntr

ação

inic

ial

% de redução

Concentração inicial em função da % de redução

14

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

mas

sa d

e le

ved

ura

% de redução

Massa de levedura em função da % de redução

C. Massa de levedura adicionada

Tabela 7 Resultados obtidos variando a massa de levedura

[Cr(VI)]inicial (ppm)

Massa de levedura (g)

Tempo Absorvância [Cr(VI)]final

(ppm) Redução

(%)

10

6,00

30 minutos

0,689 6,70 33,0

12,00 0,574 5,58 44,2

24,50 0,095 0,92 90,8

36,00 0,123 1,19 88,1

Fig. 7 Soluções 10ppm com levedura adicionada, esperando 30 minutos

6,00g 12,00g 24,50g 36,00g

Fig. 8 Erlenmeyers com as soluções já filtradas e centrifugadas. Balões volumétricos com as soluções prontas para ler a absorvância.

15

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80

tem

po

% de redução

tempo em função da % de redução

D. Tempo de atuação após a adição da levedura

Tabela 8 Resultados obtidos variando o tempo de adsorção

[Cr(VI)]inicial (ppm)

Massa de levedura (g)

Tempo Absorvância [Cr(VI)]final

(ppm) Redução

(%)

10 12,00

30 minutos 0,574 5.58 44.2

2 horas 0,302 2.83 70.7

24 horas 0,263 2,56 74,4

30 min 2 h

Fig. 9 Erlenmeyers com as soluções já filtradas e centrifugadas. Balões volumétricos com as soluções prontas para ler a absorvância.

16

E. pH da solução com levedura

Tabela 9 Resultados obtidos variando o pH durante a adsorção

[Cr(VI)]inicial (ppm)

Massa de levedura (g)

Tempo pH

inicial Absorvância

[Cr(VI)]final (ppm)

Redução (%)

10 8,15 30

minutos

5,29 0,631 6,13 38,7

8,20 12,96 0,180 1,75 82,5

pH = 5,29 pH = 12,96

Fig. 10 Erlenmeyers com as soluções de crómio, com a levedura adicionada, esperando 30 minutos.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

pH

% de redução

pH durante a adsorção em função da % de redução

17

F. Temperatura durante a adsorção

Tabela 10 Resultados obtidos variando a temperatura de adsorção

[Cr(VI)]inicial (ppm)

Massa de levedura

(g) Tempo Temperatura Absorvância

[Cr(VI)]final (ppm)

Redução (%)

10 12,0 30

minutos

Temperatura ambiente

0,574 5,58 44,2

4 ºC 0,657 6,38 36,2

Discussão dos Resultados e Conclusões

O trabalho de investigação desenvolvido permitiu estudar os fatores que beneficiam ou prejudicam

a adsorção de crómio hexavalente existente nos efluentes industriais por parte da Saccharomyces

Cerevisiae, de modo a optimizarmos o processo.

Utilização levedura seca ou húmida

A utilização de levedura seca no processo de adsorção teve um efeito negativo. Isto deve-se ao facto

de que ao secar-se a levedura, esta ficar plasmolisada, ou seja, com défice de água, assim o seu

volume diminui e a área de superfície também, havendo cada vez menos “espaço” para o Cr 6+ ser

adsorvido.

No entanto, quando a levedura está húmida, esta encontra-se em estado de turgescência, ou seja,

com elevada quantidade de água no seu interior. Neste estado, a levedura incha, aumentando o seu

volume e área de superfície, havendo assim mais “espaço” para o Cr6+ ser adsorvido.

Fig. 11 Erlenmeyer com a solução de crómio, com a levedura adicionada, esperando 30 minutos, à temperatura constante de 4,0ºC.

A levedura foi adicionada à solução a 4ºC. A filtração foi

feita à mesma Temperatura.

À Temperatura ambiente foi adicionado o agente

complexante Difenilcarbazida.

18

A. Agitação após a adição da levedura

A partir da tabela que faz o estudo da influência da agitação no processo de adsorção, podemos

concluir que esta não tem influência significativa. Isto pode dever-se ao facto de que a adsorção é

um processo que ocorre na superfície do adsorvente. Como estamos a tratar do Cr6+ em solução e a

levedura está envolvida na solução, toda a sua superfície está rodeada destes iões. Assim, a agitação

não aumenta em nada a área de contacto com a substância a adsorver.

B. Concentração das soluções

No que diz respeito à variação das [Cr6+] iniciai, concluímos que o aumento desta, mantendo a massa

de levedura constante, favorece a adsorção do ião até um certo ponto. Isto deve-se ao facto de que

a adsorção é um processo que ocorre na superfície do adsorvente (neste caso, da levedura) e esta

superfície não é "infinita", ou seja, a certo ponto estará saturada, e por mais que se aumente a [Cr6+]

inicial, a levedura não terá mais capacidade de o reter na sua superfície. Assim, a partir de uma

determinada [Cr6+]inicial, o rendimento deste processo começa a diminuir. No entanto, quando

baixamos a [Cr6+] o rendimento deste processo baixa. Esta situação é facilmente explicável pelo

Princípio de Le Châtelier*. Quando baixamos a concentração de um dos reagentes, haverá um efeito

retrogrado na reação, fazendo esta perturbação no sistema diminuir a [Cr6+] adsorvido e, por

conseguinte, a diminuição do rendimento da reação. Ambas as evoluções possíveis descritas neste

ponto podem ser observadas na curva que segue a secção da variável B. Através da curva e também

deste ponto de conclusão, podemos também depreender que existe uma [Cr6+] ótima para uma

determinada massa.

Consegue-se uma redução da concentração de crómio (VI) da ordem dos 60%, apenas com 30

minutos de duração, desde que a proporção entre a massa de levedura usada (em grama) e a

concentração da solução em Cr(VI) (em ppm) seja de (1,2) : (1), aproximadamente. A partir deste

proporção, não adianta aumentar a concentração da solução de crómio porque a massa de levedura

já não consegue comportar.

*Princípio de Le Châtelier: Se a um sistema em equilíbrio for feita uma perturbação, o sistema tende a evoluir no sentido

de contrariar essa perturbação, até se estabelecer novamente o equilíbrio.

C. Massa de levedura adicionada

Pela tabela da variável C (massa de levedura adicionada ao sistema) podemos observar que à

medida que adicionamos mais levedura, para uma [Cr6+] constante, o rendimento do processo de

adsorção aumenta. Isto deve-se, como referido nos pontos anteriores, ao facto de que o processo de

adsorção ocorrer à superfície do adsorvente. Assim, ao adicionarmos mais levedura, estamos

consequentemente a adicionar superfície de adsorvente e assim fazendo com que haja maior

disponibilidade de superfície para o crómio hexavalente ser adsorvido. Esta constatação anterior

explica o facto de o aumento da massa aumentar o rendimento do processo de adsorção, no

entanto não explica o porquê de a partir de uma certa quantidade de levedura não haver alterações

significativas no rendimento da reação. Isto deve-se ao facto de a reação de adsorção, por ser uma

reação química, ter um estado de equilíbrio, ou seja, a certa altura, a velocidade a que se formam

produtos de reação é igual à velocidade da reação inversa (que origina reagentes). Estas duas

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reações estão sempre a acontecer em simultâneo; Neste ponto de equilíbrio da velocidade de

ambas as reações, direta e inversa, não há mais variação de [Cr6+]adsorvido pois a velocidade a que

ele é adsorvido é igual à velocidade da reação inversa à adsorção. Assim, a partir de uma

determinada massa de levedura, por mais levedura que se adicione, esta não vai afetar o

significativamente o sistema, fazendo com que o rendimento se mantenha perto dos valores mais

altos alcançados a partir do aumento da massa do adsorvente.

É de realçar que o efeito do aumento da massa de adsorvente foi o que mais se fez notar nos

resultados experimentais, visto que com todos os parâmetros constantes, apenas fazendo este

variar, a partir de uma certa massa de levedura obtemos os valores de redução de [Cr6+] mais

elevados de todos os ensaios experimentais realizados neste estudo.

Consegue-se uma redução da concentração de crómio (VI) da ordem dos 91%, apenas com 30

minutos de duração, desde que a proporção entre a massa de levedura usada (em grama) e a

concentração da solução em Cr(VI) (em ppm) seja de 2,5:1, aproximadamente.

D. Tempo de atuação após a adição da levedura

O tempo de adsorção (variável D) foi também tomado em conta, e no que toca a esta variável

podemos observar pela tabela respetiva a esta variável que o tempo tem influência na adsorção.

Quando aumentamos o tempo que deixamos a levedura a adsorver o crómio, o rendimento

aumenta. No entanto, à temperatura ambiente, não há vantagem em esperar mais do que duas

horas, pois a partir deste período de reação e à temperatura ambiente já se alcançou o equilíbrio

químico logo, não há variações apreciáveis no rendimento do processo.

Consegue-se uma redução da concentração de crómio (VI) da ordem dos 71%, a partir das duas 2h

de adsorção, desde que a proporção entre a massa de levedura usada (em grama) e a concentração

da solução em Cr(VI) (em ppm) seja de 1,2:1, aproximadamente.

E. pH da solução com levedura

Verificamos que o pH é um fator com bastante relevância neste processo. Passamos de rendimentos

da ordem dos 30% para pH ácido para rendimentos da ordem dos 80% para pH básico.

No que toca ao pH do sistema e a sua influência no processo de adsorção, podemos concluir que em

meio ácido formam-se à superfície da levedura iões com carga positiva que repelem os iões Cr6+

electrostaticamente e diminuindo assim o rendimento da adsorção pelo facto de os iões Cr6+ terem

sido afastados do adsorvente. No entanto, em meio básico, à superfície da levedura formam-se iões

com carga negativa, e estes atraem os Cr6+, aproximando-os da superfície do adsorvente,

aumentando assim o rendimento da adsorção.

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F. Temperatura durante a adsorção

Sendo a reação de adsorção um processo exotérmico, seria de esperar que o rendimento da reação

fosse favorecido com a diminuição da temperatura. O que aconteceu foi que, baixando a

temperatura, a velocidade da reação baixou também, levando mais tempo a dar-se a adsorção

pretendida.

Em qualquer processo industrial o tempo é muito importante e, muitas vezes tem que se arranjar

compromissos entre a teoria e a prática para que haja viabilidade no processo.

Neste processo não aconselhamos o abaixamento da temperatura sob pena de tornar a adsorção do

crómio(VI) demasiado demorada.

Provamos com este estudo que os fatores de maior relevância em todo este processo são a massa

de levedura, o tempo e o pH.

Pensamos que, a nível industrial talvez não seja viável alcalinizar as águas antes de as tratar com a

levedura, até porque o descarte no ambiente seria nocivo.

Uma vez que a levedura é um resíduo sem valor comercial, aconselhamos a ter em conta

nomeadamente o fator C “massa de levedura” e o fator “tempo”. Conseguem-se rendimentos de

cerca de 91% variando apenas estes fatores.

Os resíduos que se obtêm após filtração ocupam um volume muitíssimo pequeno, facilitando o seu

transporte e descarte para empresas que tratem da reciclagem do metal. Forma-se uma quantidade

de “lama” muitíssimo pequena, sendo esta (a par de outras) uma rande vantagem deste processso.

No final deste processo, pode recuperar-se o metal adsorvido para reutilização através do aumento

da temperatura da solução, evitando a sua perda e diminuindo a necessidade de o extrair na

Natureza.

Conseguimos uma redução bastante apreciável dos níveis de crómio nos efluentes e assim dar a

conhecer um método biológico e bastante barato de tratamento de efluentes com metais pesados

no sentido em que na indústria o principal custo do processo de tratamento dos efluentes é o gasto

de energia utilizada na remoção dos elementos contaminadores da água.

Cremos que a bioadsorção do crómio hexavalente pela levedura esgotada, Saccharomyces

Cerevisiae, é uma ótima solução para um problema ambiental por ser de baixo custo e por utilizar o

resíduo de outra indústria, diminuindo assim o impacto ambiental.

As indústrias de curtumes, galvanoplastia e tintas poderão estabelecer parcerias com produtores de

cerveja, os quais terão um bom destino a dar aos resíduos de levedura coletados.

Esperamos que este projeto possa servir de base e referência para investigações futuras no que

toca à utilização de leveduras no processo de tratamento dos efluentes com outros metais pesados

que não o crómio.

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Bibliografia

* DANTAS, M.; RAMALHO, M. 2009; Jogo de Partículas 12, 1ª edição, 1ª tiragem; Lisboa; Texto

Editores;

* DANTAS, M.; RAMALHO, M. 2009; Jogo de Partículas 12 – caderno de atividades laboratoriais, 1ª

edição, 1ª tiragem; Lisboa; Texto Editores; páginas 111-114.

http://www.icp.csic.es/cyted/Monografias/MonografiasTeneria/capituloi.pdf - O crómio e as suas

carcterísticas

http://www.icp.csic.es/cyted/Monografias/MonografiasTeneria/capituloii.pdf - Métodos de

determinação do crómio

http://pt.scribd.com/doc/67094598/Determinacao-de-Cromo-Hexavalente#scribd –

espetrofotometria de absorção molecular

http://www.upct.es/~minaeees/espectro_electromagnetico.pdf - instrumentação e métodos de

análise química