Adsorção de chumbo de resíduos laboratoriais pela folha da Mamona.

FAPEN ON-LINE. Ano 1, Volume 2, Série 10/02, 2020.

Prof. Dr. Leonardo Teixeira Silveira.

Pós-Doutorado em Ciências Exatas e da Terra - USP/UNIFESP.

Doutor e Mestre em Química - USP.

Graduado em Ciências Químicas - FASB.

Orientador e líder do projeto.

AUTORES: GIACON, R.; OLIVEIRA, R.; SILVA, J.; ROLIM, I.; SILVA, R.; BARROS, A.; SOARES, W.; SILVEIRA, L.T.

RESUMO: Este projeto tem como objetivo buscar, através do método de adsorção química, uma forma eficaz de facilitar o tratamento do chumbo presente em resíduos laboratoriais. Utilizando a folha da Ricinus Communis, conhecida popularmente como mamona, devidamente preparada como material adsorvente, serão filtradas soluções com concentrações que variam de 0,002 mol/L a 0,01 mol/L de nitrato de chumbo II [Pb(NO₃)₂] seguidas de breve agitação com 5g da folha da mamona afim de otimizar o processo de adsorção. Após resultados experimentais, observou-se que o nitrato de chumbo II, em solução com concentração de até 0,015 mol/L, tem sua massa totalmente adsorvida pela folha da mamona. Foi comprovada a quimissorção, ao se tentar precipitar possíveis resíduos de chumbo na solução filtrada com o reagente iodeto de potássio, o que não ocorreu, demonstrando ausência do íon do metal em solução. Conclui-se, portanto, a eficácia das propriedades de adsorção química da folha da mamona através das reações químicas de seus grupos funcionais, com os íons de Pb²⁺ em solução.

PALAVRAS-CHAVE: Adsorção Química, Mamona, Reações Químicas.

ABSTRACT: This project’s objective is to determine, through chemical adsorption methods, an effective way to facilitate the treatment of the lead II found in laboratory waste. Using the Ricinus Communis’ leaf, commonly known as castor, properly prepared as an adsorption material, chemical solutions of lead nitrate [Pb(NO₃)₂], (whose concentration ranges from 0,002 mol/L to 0,01 mol/L) will be filtrated and rocked with 5 grams of castor leaf in order to optimize the adsorption process. Experimental results showed that the castor leaf is able to utterly adsorb the mass of lead nitrate II when its concentration limit is equal to 0,015 mol/L. The attempt to precipitate the above-mentioned solution using potassium iodide (KI) proved that there wasn’t any lead waste after the process of filtration through the castor leaf. It’s possible to conclude, thus, the castor leaf’s chemical adsorption properties effectiveness through chemical reactions which occur in its functional groups with Pb²⁺ ion in solution.

KEYWORDS: Chemical Adsorption, Castor, Chemical Reactions;

1. Introdução.

A geração de resíduos químicos em laboratórios didáticos, onde há uso frequente de diversas substâncias, muitas delas podendo ser nocivas para o meio ambiente, como metais pesados, cianetos, nitratos, ácidos orgânicos e inorgânicos, possuindo estes uma grande dificuldade de descarte, pois requerem um prévio tratamento, ou muitas vezes necessitam de empresas terceiras especializadas, acarretam em um grande custo de contrato e de mão de obra. (PENATTI, Fabio Eduardo; GUIMARÃES, Solange T. Lima; SILVA, Paulo Marcos da. Gerenciamento de resíduos químicos em laboratórios de análises e pesquisa. 2008).

Conhecendo os riscos que um descarte incorreto pode gerar e levando em consideração o custo elevado deste serviço, surge a necessidade de desenvolvimento de meios alternativos para um prévio tratamento ou até mesmo um tratamento completo para promover uma maneira econômica e sustentável à destinação final correta dessas substâncias.

Considerou-se conhecimentos em reações químicas utilizando soluções aquosas de nitrato de chumbo II [Pb(NO₃)₂] e iodeto de potássio 15% (KI), cujo resultado gera um precipitado amarelo de fácil identificação; técnicas de filtração simples, no qual se obtém um filtrado sem sólidos, essencial para o procedimento a ser realizado, já que não se pretende obter nenhum resíduo da folha da mamona, planta denominada cientificamente como Ricinus communis L; e em aproveitamento de resíduos laboratoriais.

Com base nesses conhecimentos, buscou-se desenvolver uma maneira de reduzir e quantificar a quantidade de metais pesados, em especifico o chumbo (Pb²⁺), a partir da quimissorção – que corresponde a uma interação de tipo químico, na qual os elétrons de enlace entre as moléculas e o sólido experimentam rearranjo e os orbitais respectivos mudam de forma, de modo similar a uma reação química - que ocorre nos grupos funcionais da mamona, como hidroxilas e carbonilas capazes de atrair os íons metálicos.

Optou-se por tal planta pois, além de ser de grande abundância no Brasil, possui baixo custo de produção e, entre suas características, têm a capacidade de adsorção de metais pesados, sejam eles no solo, com o plantio da mamona em locais contaminados, ou em soluções aquosas, fazendo o uso de suas folhas secas através de um processo de agitação mecânica seguida de filtração em solução que contenha o íon Pb²⁺.

2. Materiais e Reagentes.

Proveta, béquer, pipetas (2mL, 5mL, 10mL e 25mL), pipeta volumétrica, filtro, funil, argola, suporte, tesoura, peneira, balança analítica, estufa, agitador magnético, barra magnética, água destila-da (H₂O), etanol (C₂H₅OH 0,1 mol.L^-1), solução aquosa de nitrato de chumbo II [Pb(NO₃₎₂ 0,1 mol.L^-1], solução aquosa de iodeto de potássio 15% (KI).

3. Procedimento Experimental.

3.1 Preparação da mamona.

As folhas de mamona coletadas foram lavadas sob água corrente e etanol (C₂H₅OH 0,1 mol.L^-1) a fim de retirar quaisquer sujidades e eliminar grande parte das bactérias.

Após a lavagem, as folhas foram cortadas em pequenos pedaços, conforme a imagem abaixo.

Figura 1 - Folha da mamona picotada (imagem autoral).

Em seguida, depositou-se as folhas em um forno com a temperatura em aproximadamente 50ºC por cerca de 20 minutos. 

Com o produto desidratado, fez-se a peneiração para se obter somente o pó da folha da mamona, vide imagem a seguir.

Figura 2 - Pó da mamona obtido através da peneiração (imagem autoral).

3.2 Pesagem da mamona.

Pesou-se 5,0g do pó da mamona previamente desidratado em um béquer de 100 mL, conforme a figura 3.

Figura 3 - Pesagem do pó da mamona (imagem autoral).

3.3 Diluição da solução de nitrato de chumbo II [Pb(NO₃₎₂ 0,1 mol.L^-1] para a filtração.

Pipetou-se 5mL da solução de nitrato de chumbo II, para sua diluição, previamente preparada com concentração de 0,1 mol/L, em 50 mL de água destilada com auxílio de pipetas e provetas, resultando em uma com concentração equivalente a 0,01 mol/L ou 7,5.10^-4 mol.

3.4 Mistura dos reagentes.

A solução foi depositada em um béquer e, ao produto da mistura, acrescentou-se os 5,0g de mamona previamente pesados que foram agitados em um agitador magnético com o auxílio de uma barra magnética, vide figura 4.

Figura 4 - Agitação da mistura (imagem autoral).

Para aumentar a superfície de contato, por meio da expansão dos poros do adsorvente, a agitação foi feita sob a temperatura de 60ºC; dessa forma, a aderência do adsorvato na superfície da mamona é facilitada.

3.5 Filtração.

Após a agitação demonstrada acima, filtrou-se o produto para um béquer de 100 mL em um filtro comum fixado em um funil que, por sua vez, estava anexado em um suporte por uma garra, como é ilustrado abaixo.

Figura 5 - Filtração do produto (imagem autoral).

3.6 Teste com o filtrado.

Sabendo-se que o iodeto de potássio (KI), ao reagir com o nitrato de chumbo II [Pb(NO₃₎₂ 0,1 mol.L^-1], forma um precipitado amarelo, partiu-se desse meio de constatação para se determinar qualitativamente a presença de íons de chumbo no filtrado, assim, provando a ausência do metal.

Dessa forma, o resultado obtido pode ser visto na figura 6.

Figura 6 - Resultado da pipetagem de KI no filtrado sem precipitação (imagem autoral).

4. Resultados Obtidos.

Para se determinar quantitativamente a massa de íons de chumbo II obtida, baseou-se no seguinte cálculo:

Onde:

refere-se à concentração de nitrato de chumbo II.

Enquanto:

refere-se ao volume pipetado dessa solução.

indica a concentração final a se determinar e

 representa o volume adicionado de água, que agiu como diluidor. 

Portanto, obteve-se, no primeiro teste, a seguinte concentração:

Para se calcular a massa dos íons de chumbo II, foi necessário transformar a concentração em número de mols através da seguinte equação:

No qual n é o número de mols a ser determinado, e C e V, a concentração e o volume, respectivamente. Portanto:

Proporcionalmente, considerando que em 331g (1 mol) de Pb(NO₃₎₂ há 207g de Pb, em 1.10^-4 mol tem-se 20,7mg.

No segundo teste, no qual a concentração de nitrato de chumbo II era de 0,005 mol/L e seu número de mols igual a 2,5.10^-4, e utilizando-se dos mesmos cálculos, obteve-se 51,75mg de chumbo.

O resultado obtido no terceiro, por sua vez, seguindo-se o mesmo princípio, foi de 106,5g de Pb²⁺.

Por último, fez-se o procedimento supracitado para a concentração de 0,015 mol/L, o equivalente a 7,5.10^-4 mol de Pb(NO₃₎₂ – que em massa corresponde a 155,75mg - e ainda assim não houve precipitação após a pipetagem da solução aquosa de iodeto de potássio (KI).

A concentração de 7,5.10^-4 mol de Pb(NO₃₎₂ foi a máxima capaz de ser adsorvida quimicamente por 5g da folha da mamona devidamente tratada, pois uma massa maior que 155,75mg de chumbo II excedia essa capacidade; portanto, pôde-se determinar essa quantidade como seu limite.

5. Conclusão.

Através do desenvolvimento dos experimentos realizados, é possível constatar que a folha da mamona é capaz de adsorver íons de Pb²⁺ através da quimissorção – ou adsorção química – que consiste na aderência dos átomos na superfície do adsorvente por meio de ligações que são, em grande parte, covalentes, ocorrendo por conta dos grupos funcionais, como carbonilas, carboxilas, aminas e hidroxilas, presentes nas proteínas que, em soluções aquosas, atraem os íons de chumbo.

Sabendo-se que o nitrato de chumbo II [Pb(NO₃)₂] reage com o iodeto de potássio (KI) e forma um precipitado amarelo, observou-se que 5g da folha da mamona foram capazes de adsorver totalmente a massa de chumbo até a concentração de 0,015 mol.L^-1, ou 7,5.10-4 mol, o que corresponde a 155,25mg de Pb2+ (ou 62,54% da massa total) adsorvido por meio do método utilizado, pois, ao se pipetar KI na solução filtrada, não houve reação, uma vez que todo metal necessário para formar o composto PbI₂ foi adsorvido.

Tendo ciência dessa capacidade, é possível ajustar previamente uma solução, diluindo-a ou consolidando-a, para que a folha da mamona adsorva totalmente o chumbo; assim, considerando que se queira reter quimicamente esse metal de uma solução que apresenta concentração igual a 0,1 mol/L basta diluí-la até que esse valor seja de aproximadamente 0,01, considerando seu limite como 0,015.

Adicionalmente, a folha de manga, que também apresenta características de adsorção de metais pesados, passou pelo mesmo procedimento com concentração de 0,01 mol/L de Pb(NO₃)₂ e não foi capaz de adsorver totalmente os íons de Pb²⁺; resultado constatado através da visualização do precipitado formado após se pipetar KI na solução filtrada.

Conclui-se, portanto, que entre as folhas que apresentam características de quimissorção similares, a da mamona é a mais eficaz, que o método desenvolvido é aplicável em qualquer laboratório e apresenta baixo custo.

6. Agradecimentos.

Este trabalho agradece o apoio da FAPEN por ter cedido seus equipamentos e seu laboratório para os experimentos da adsorção de chumbo de resíduos laboratoriais pela folha da mamona.

Agradecemos também aos professores Dr. Leonardo T. Silveira, Dr. Fabrício Carvalho e ao técnico responsável pelo laboratório, Vanderlei, por proporcionarem ao grupo о conhecimento não apenas racional, mas а manifestação do caráter е afetividade da educação no processo de formação profissional, à instituição pelo ambiente criativo е amigável, à direção e administração que através do esforço de cada um nos guia e nos mostra os caminhos certos para alcançarmos todos nossos objetivos da maneira mais digna possível através dos campos da educação.

Finalmente, agradecemos a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da nossa formação.

7. Referências. 

PENATTI, Fabio Eduardo; GUIMARÃES, Solange T. Lima; SILVA, Paulo Marcos da. Gerenciamento de resíduos químicos em laboratórios de análises e pesquisa: o desenvolvimento do sistema em laboratórios da área química. 2008. Disponível em: <http://hygeia.fsp.usp.br/siades/documentos/Publicacoes/artigo_9f.pdf>. Acesso em: 09 jun. 2019.

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