Foi medida a adsorção de Cobre, Zinco e Cádmio a longo prazo(Testes em aquários)
e em várias concentrações
- As algas, também conhecidas taxonomicamente como Algae, que em latim significa "ervas marinhas", são seres avasculares, ou seja, não possuem vasos condutores de seiva.
Constituem um grande e diversificado grupo de espécies autotróficas, ou seja, que produzem a energia necessária ao seu metabolismo através da fotossíntese. Podem ser unicelulares ou multicelulares. Ainda que algumas apresentem tecidos diferenciados, não possuem raízes, caules ou folhas verdadeiras.
- Embora tenham, durante muito tempo, sido consideradas como plantas, apenas as algas verdes têm uma relação evolutiva com as plantas terrestres (Embriófitas); os grupos restantes de algas representam linhas independentes de desenvolvimento evolutivo paralelo. A disciplina da biologia que estuda as algas é a ficologia ou algologia, tradicionalmente uma especialização da botânica.
Adsorção é um processo de separação em que componentes de uma fase líquida são transferidos para a superfície de um adsorvente sólido. Usualmente as partículas pequenas do sólido adsorvente são colocados em um leito fixo, e o líquido é passado continuamente através do leito até que o sólido esteja saturado e a separação desejada não possa mais ser alcançada.
- A adsorção é uma operação de transferência de massa do tipo sólido-líquido na qual explora a habilidade de certos sólidos em concentrar na sua superficie determinadas substâncias existentes em soluções líquidas ou gasosas, o que permite separá-las dos componentes dessas soluções. Uma vez que os componentes adsorvidos, concentram-se sobre a superficie externa, quanto maior for esta superfície externa por unidade de peso sólido, tanto mais favorável será a adsorção. Por isso geralmente os adsorventes são sólidos com partículas porosas.
A retenção de compostos em uma superficie sólida pode ser devido, em uma primeira instância, às forças de atração existentes na superficie do sólido originadas por uma falta de compensação de atrações ou ligações dos átomos superficiais. Se considerarmos um átomo ou íon no centro de um sólido cristalino, é razoável supor que está sendo submetido à forças de atrações simétricas ao redor de seu campo.
- Se o átomo está na superfície, está exposto à forças de atração dos átomos do interior do sólido cristalino, mas ocorre falta de compensação simétrica nesses átomos superficiais, gerando uma atração nos compostos (ou partículas) que passam pela superfície do sólido.
O fenômeno de adsorção ocorre com desprendimento de energia (processo exotérmico). O calor liberado por mol de substância adsorvida, Q, recebe o nome de calor de adsorção e depende de vários fatores como a natureza dos sólidos e da partícula, da temperatura que se efetua a adsorção e o local da superficie em que se agrega a partícula.
- O tempo que uma partícula permanece sobre o sólido, 'tads, chamado de tempo de adsorção, foi estimado por Boer em função do calor de adsorção Q, através da seguinte relação de Frenkel:
'tads = 'toexp( Q.JR T)
- Onde 'to é uma constante que se atribui ao tempo de oscilação da partícula na superfície do sólido, R é a constante universal dos gases e T a temperatura em Kelvin (K), Qad em KJ/mol e 'tads em segundos. O valor de 'to varia pouco com os componentes do sistema e seu valor é em torno de 10-13 Com essa relação pode-se estimar o tempo de retenção no sólido conhecendo-se o calor de adsorção.
Variada gama de materiais sólidos podem ser usados como adsorventes. Adsorventes não específicos como carvões ativados, óxidos metálicos e resinas trocadoras de íons têm sido usados, porém recentemente, adsorventes específicos têm sido considerados introduzindo técnica de remoção muito promissora. Adsorventes específicos consistem de ligantes, agentes trocadores de íons ou quelantes, que interagem com os metais especificamente, e uma matriz de suporte que pode ser um material inorgânico, como óxido de alumínio, sílica ou vidro, polímeros, etc.
- Um dos pontos mais críticos no uso de um adsorvente é a adequação de sua estrutura porosa, que interfere diretamente sobre o fenômeno de difusão, refletindo sobre a área superficial do sólido, influenciando os valores da velocidade de adsorção e da capacidade total de adsorção.
Informações moleculares são importantes para a dedução precisa dos mecanismos de reação que são essenciais para o entendimento dos fatores químicos e físicos que afetam os processos físicos e químicos de adsorção e dessorção dos metais. Embora haja uma evidência direta de polimerização de superficie e nucleação de hidróxido de metais, as condições que afetam este processo, como por exemplo pH, concentração do metal, superficie e propriedade dos adsorventes, não são claras.
- Sabe-se que a adsorção dos metais está correlacionada com as reações de hidrólise que são função do pH. Adsorção pode ser classificada como adsorção química e física, dependendo da natureza das forças superficiais.
Adsorção química e física:
- Os diferentes valores de tempo de adsorção sugerem a existência de diferentes graus de interação entre os compostos e o sólido adsorvente. Existem dois tipos de interações diferentes que podem ocorrer neste processo, são elas a fisissorção e quimissorção.
A fisissorção corresponde a uma natureza de interação puramente eletrostática entre o composto e os átomos superficiais do sólido. Esse fenômeno se origina pela atração de dipolos permanentes ou induzidos, sem a interação dos orbitais atômicos ou moleculares das espécies comprometidas. Recebe também o nome de adsorção de Van der Waals (Young, 1962).
- A adsorção física é não específica e as vezes é similar aos processos de condensação. As forças de atração das moléculas do fluido no sólido são relativamente fracas e o processo de adsorção ocorre exotermicamente onde o calor envolvido tem a mesma ordem de magnitude do calor de condensação de 0,5 a 5 kcal/gmol.
- A quantidade adsorvida na fisissorção diminui rapidamente com o aumento da temperatura, e geralmente é bastante pequena quando a temperatura está próxima do valor da temperatura crítica do componente adsorvido. A adsorção física não é fortemente dependente da irregularidade da superfície do sólido, mas usualmente é diretamente proporcional à superfície disponível para a adsorção. Essa característica indica que a adsorção não ocorre limitadamente em camada monomolecular na superfície do sólido.
A quimissorção, corresponde a uma interação de tipo químico, em que os elétrons de ligação do sólido e do gás passam por um reordenamento e os respectivos orbitais trocam de forma ou grau de ocupação, de modo semelhante a uma reação química. Nem sempre a alteração eletrônica é completa no sentido de ligações covalentes ou iônicas, podendo ser somente uma modificação ou deformação parcial dos orbitais (Young, 1962, Ruthven, 1984).
- Uma importante característica da adsorção química é que sua magnitude não excede a camada monomolecular. Esta limitação deve-se ao fato de que as forças de valência que ligam as moléculas na superfície diminui rapidamente com a distância (Smith, 1978).
Segundo Young (1962) e Ruthven (1984), além das diferenças entre a magnitude do calor de adsorção para os dois casos, há um outro aspecto relevante que está relacionado à velocidade de adsorção. A adsorção física por não ser ativada é muito rápida, instantânea. Já a química por ser ativada pode demorar dias ou semanas para alcançar o equilíbrio. Smith ( 1978), apresenta um resumo das principais diferenças entre adsorção física e química,
- Embora as discussões apresentadas para os processos de adsorção normalmente se referem a gases em superfícies de sólidos, essas interpretações podem ser observadas analogamente para compostos dissolvidos em líquido. Isso nos ajuda a visualizar que tipo de fenômeno de adsorção pode ocorrer em um determinado processo de adsorção utilizado nos processos de separação de produtos biotecnológicos ("downstream processing').
No equilíbrio, uma pequena fracção de sertralina re-protonada é solúvel, enquanto a maior parte particiona-se em membranas organelares por adsorção interfacial a sítios aniônicos ou por intercalação na fase hidrofóbica da bicamada.
Isoternas de adsorção:
- A isoterma de adsorção é a relação de equilíbrio entre a concentração na fase fluida e a concentração nas partículas adsorventes a uma dada temperatura. Para gases, a concentração é dada em porcentagem molar como uma pressão parcial.
Para líquidos, a concentração geralmente é expressa em unidades de massa. A concentração do adsorvido no sólido é dada como massa adsorvida por unidade de massa do adsorvente. Os processos de adsorção foram primeiramente observados em sólidos porosos que tinham a capacidade de captar seletivamente grandes quantidades de gás em seus vazios.
- De acordo com a quantidade de adsorbato presente no gás, há uma quantidade definida de adsorbato presente na fase adsorvida. Isto ocorre quando se atinge o equilíbrio. Essas relações de equilíbrio são apresentadas em forma de modelos que correlacionam matematicamente as quantidades adsorvidas em equilíbrio com o meio circundante. Algumas características tais como a natureza do sólido (sítios ativos, distribuição de poros, etc.) e natureza do adsorbato ( dipolos, forma e tamanho molecular, etc.) são determinantes no equilíbrio.
Oscik (1982), dividiu isotermas de solutos orgânicos em quatro classes principais de acordo com a natureza inicial da curva que descreve a isoterma e as variações de cada classe foram divididas em subgrupos de acordo com a configuração final dessas curvas.
- Algumas isotermas com curvatura descendente é referida como favorável, e algumas isotermas com uma curvatura ascendentes é referida como desfavorável. Estes termos corretamente implica que adsorção freqüentemente será usada para capturar pequenas quantidades de soluto de soluções diluídas. Como um resultado, uma isoterma favorável será especialmente efetiva em soluções diluídas, enquanto uma isoterma altamente desfavorável, será particularmente ineficiente sobre estas condições.
Os pesquisadores nomearam as quatro principais classes de isotermas como sendo : S e L - Isotermas do tipo Langmuir; H - alta afinidade; C - constante de partição. Foi verificado que as curvas do tipo L2 ocorrem majoritariamente na maioria dos casos em que se trabalhe com soluções diluídas.
As isotermas do tipo S aparecem quando três condições são satisfeitas, sendo elas :
A molécula do soluto é monofuncional;
- Existe uma moderada iteração causando um empacotamento vertical das moléculas na superficie do sólido;
- Há competição das moléculas do solvente ou de outras moléculas adsorvidas pelos sítios do adsorvente.
- A definição de monofuncional apresentada pelos pesquisadores refere-se a moléculas que sejam razoavelmente hidrofóbicas.
As isotermas do tipo L mostram que quanto mais sítios de sólido são preenchidos maior é a dificuldade de se preencher sítios vagos por outras moléculas de soluto. Isto quer dizer que as moléculas do soluto não são orientadas verticalmente, ou que não exista forte interação com o solvente. Em suma esse tipo de isoterma aparece quando uma das seguinte condições ocorrem:
- As moléculas são adsorvidas em camadas, isto é, a adsorção ocorre horizontalmente;
- Há uma pequena competição da superficie pelo solvente.
As isotermas do tipo H representam um caso especial de L. Neste caso o soluto apresenta alta afinidade e é completamente adsorvido pelo sólido. A parte inicial da isoterma é vertical. Isotermas representadas por curvas do tipo C caracterizam uma partição entre o soluto e o adsorvente. Este tipo de curva é obtida para partição de um soluto em dois solventes imiscíveis. As condições que favorecem o aparecimento deste tipo de curva são :
Os poros do suporte apresentam moléculas "flexíveis" tendo regiões com diferentes graus de cristalinidade;
O soluto apresenta maior afinidade pelo adsorvente que o solvente;
Devido a alta afinidade do soluto pelo adsorvente ocorre uma penetração mais forte, isto também é verificado por causa da geometria molecular do adsorvente dentro de sua região cristalina.
As isotermas mais comuns utilizadas para descrever o fenômeno de adsorção em sistemas biológicos são as isotermas de Langmuir e as de Freundlich.
Remoção por Adsorção - Troca Iônica:
- As algas têm sido propostas para tratamento de efluentes industriais (Darnall et ai., 1986) e monitoramento de Cu e Hg em estuários (Seeliger e Cordazzo, 1982), tendo em vista a natureza dos processos de adsorção de metais em paredes celulares de algas.
- Volesky (1990), em um estudo que mostrou que biomassa de fungo tratada com soluções de Ca2+ e Na+ liberou este cátions de metal leve na solução enquanto sorvia Zn2+ e Pb2+ Mais adiante, a quantidade de metal pesado passado para a biomassa e o metal leve passado para o líquido mostrava ser aproximadamente iguais. A existência dos dois tipos de ligação metal-alga foi evidenciada pelo aparecimento de duas diferentes inclinações na isoterma linearizada segundo o modelo de Langmuir.
A provável troca de íon deve-se a presença de grupos carboxil fracamente ácidos (RCOOH). Segundo Crist et ai., (1988) o processo é essencialmente de troca iônica com prótons e metais da parede celular, principalmente Ca e Mg. As constantes de equilíbrio encontrada para vários metais são assim essencialmente as constantes de troca iônica para Ca e Mg ligados com ânions dos carboidratos.
- A contribuição de outros grupos funcionais presentes nas células e nas paredes das células de algas e fungos, como os grupos ROS03- (Grupo sulfato altamente ácido) e os grupos de arnino chitin CR2-NH) e chitosan (R-NH2) eram também sujeitos a análises.
Todas estas trocas apresentam uma dependência do pH. O pH para máxima retenção é maior para os grupos amino que para os grupos carboxil, mas a retenção por grupo amino é aproximadamente 10% da capacidade de retenção total destes fungos.
- Grupo carboxil são reconhecidos por suas altas afinidades por prótons. Porém, há uma desvantagem por usar biomassa lavada por ácido. São afetados por prótons na forma H-saturada.
Conversão da forma-H para Na e/ou Ca, Mg por lavagem com solução de NaHC03 a capacidade da coluna mais que triplicou. Formas Na e K não são estáveis para biosorventes de algas.
- É recomendado a forma H e Ca para remoção de metais pesados de água contendo baixa e alta concentração de metais, respectivamente. Este modelo de remoção de metais pesados é válido para o processo de biossorção em algas por adsorção (mais especificamente troca iônica).
Outras Considerações:
- A Chlorella é uma alga unicelular microscópica de água doce. Seu nome refere-se ao alto conteúdo de clorofila que possui.
Durante seu crescimento, a Chlorella consegue acumular uma enorme quantidade de nutrientes essenciais ao bom desempenho das funções biológicas do organismo. Ela serviu de alimento para os soldados na segunda guerra mundial e nos dias atuais também é utilizada como alimento para astronautas.
- Nome científico da Clorela: Chlorella pyrenoidosa - Starr & Zeikus.
- Família da Clorela Chlorella pyrenoidosa: Chlorophyceae.
- Outros nomes populares da Clorela Chlorella pyrenoidosa: clorella, clorela.
Constituintes químicos da Clorela Chlorella pyrenoidosa: vitaminas A, B1, B2, B6, C, E, K, ácido nicotínico, ácido patogênico, ácido fólico, proteínas (18 aminoácidos essenciais), sais minerais (cálcio, ferro, fósforo, potássio, magnésio, zinco, iodo), oligoelementos, clorofila, betacaroteno, Fator de Crescimento Chlorella(FCC). (Proteínas -65,0%; Lipídios - 9,0%; Fibras - 2,0%; Carbohidratos- 13,0%; Cinzas - 6,0%).
- Propriedades medicinais da Clorela Chlorella pyrenoidosa: imunoestimulante, antiviral, nutritiva, proteico, remineralizante.A Clorella é uma alga verde, usada como suplemento alimentar e que tem ganho força pelo mundo. É unicelular e cresce em água doce. Surgiu há cerca de 2,5 bilhões de anos, e foi a primeira forma de vida vegetal com o núcleo bem definido.
Produz grande quantidade de nutrientes, principalmente proteínas (em média de 60%), minerais (potássio, fósforo, cálcio, magnésio, ferro, cobre e zinco), vitaminas (vitamina A, vitaminas do complexo B, B1, B2, B3, B6, B12, vitamina C, vitamina E, ácido pantogênico, inositol, biotina, betacaroteno e outros) e clorofila (precursor de hemoglobina), motivo este que a leva a ser considerada um nutriente completo, um dos mais ricos em elementos nutricionais.
- Desde o alumínio nos desodorizantes até ao mercúrio das obturações dentárias, a toxicidade dos metais vem até nós de todos os lados. A presença destes (e outros como o arsênico, cádmio e chumbo) tem aumentado à medida que a industrialização e os seus lixos aumentam.
Podemos trabalhar para evitar estas substâncias o mais possível, mas ocorrerá por vezes alguma exposição. Já que mesmo pequenas quantidades de metais pesados no corpo possam causar efeitos negativos como cansaço, dores de cabeça, problemas digestivos e na pele, é importante o uso ou recurso de métodos naturais para limpar o corpo destas toxinas.
São eficazes na desintoxicação:
- O emprego de Spirulina para a alimentação não é algo novo, visto que existem evidências de que os aztecas a consumiam, procedente do Lago de Texcoco. Assim mesmo outras culturas da região do Lago Chade, como os Kanenmbu, também incluíam na sua dieta habitual a spirulina na forma de bolos.
A resposta à desintoxicação natural dos metais pesados é tão simples como um organismo unicelular. A spirulina e a chlorella são duas microalgas distintas que existem na terra desde o princípio dos tempos. Ambas eram reverenciados como super-alimentos poderosos em muitas sociedades tradicionais e hoje são mais relevantes do que nunca para alcançar a saúde e bem-estar gerais.
- A spirulina tem sido mostrada como um agente de quelação eficaz para a remoção de toxinas, tais como o mercúrio, e substâncias radioativas do corpo. Também tem sido utilizada para remover o cádmio e o chumbo nas águas residuais.
Enquanto alguns suplementos desintoxicantes libertam simplesmente toxinas das células e tecidos, achlorella é particularmente boa para se ligar a metais tóxicos retirando-os de todo o sistema. A chlorella contém proteínas e peptídeos, que se ligam a essas substâncias retirando-as do corpo. A clorofila na chlorella também ajuda na desintoxicação de metais pesados.
- As pesquisas mais recentes levam-nos às técnicas de bioadsorção, com a utilização de materiais biológicos dissecados que tudo indica apresentam uma elevada percentagem de adsorção de metais pesados. É o caso dos produtos Alga-Sorb e BioFix, essencialmente à base de Spirulina. Estão em laboratório outros produtos similares, à base de fibras vegetais e de algas castanhas para utilização com os mesmos objetivos.
Neste estudo está a ser avaliada a capacidade de adsorção das algas ditas Kelpak, que são três feofíceas e três feofíceas (algas castanhas) dissecadas: Ecklonia maxima, Macrocystis angustifolia e Laminaria pallida (imagens abaixo, respetivamente).
Neste estudo está sendo avaliada a capacidade de adsorção das algas ditas Kelpak, que são três feofíceas e três feofíceas (algas castanhas)
