ESCOLA SECUNDÁRIA COM 3º CICLO DE AZAMBUJA
AGRUPAMENTO DE ESCOLAS DE AZAMBUJA
ANO LETIVO 2014/2015
Projeto de Química
12º Ano
23ºCONCURSO JOVENS CIENTISTAS INVESTIGADORES
Diminuição da concentração de crómio(VI)
nos efluentes, por bioadsorção pela
Saccharomyces Cerevisiae
Francisco Geraldes Barba
João Francisco Martins
Sara Pinheiro
Professora: Margarida Duarte
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
3. Levedura
10
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
2
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.
3
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
Na adsorção química as moléculas estabelecem ligações covalentes com o substrato.
Química.
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.
4
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.
Fig. 1 Saccharomyces Cerevisiae
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 bioadsorvente do crómio hexavalente.
5
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 = 𝑙𝑜𝑔
𝐼0
𝐼
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 prédeterminado.
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 1,5difenilcarbazida cujo complexo de crómio apresenta uma cor rosa.
6
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.
7
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-MãeTodas 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
8
2.3. Determinação do pH de máxima absorvância para o complexo crómio-1,5difenilcarbazida
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
Comprimento de onda de máxima absorvância para o
Complexo Cr6+/ Difenilcarbazida
0,6
0,5
Absorvância
0,4
0,3
0,2
0,1
0
300
350
400
450
500
550
600
650
700
Comprimento de onda (nm)
9
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
0,00
0,05
0,08
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,80
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
1ª leitura
2ª leitura
3ª leitura
0,000
0,003
0,004
0,006
0,008
0,019
0,033
0,028
0,045
0,104
0,175
0,201
0,106
0,316
0,352
0,422
0,000
0,001
0,004
0,006
0,009
0,019
0,037
0,027
0,044
0,105
0,173
0,201
0,105
0,315
0,353
0,423
0,000
0,001
0,004
0,006
0,009
0,018
0,033
0,027
0,045
0,105
0,172
0,202
0,105
0,315
0,352
0,421
Valor mais
provável
0,000
0,002
0,004
0,006
0,009
0,019
0,034
0,027
0,045
0,105
0,173
0,201
0,105
0,315
0,352
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.
Absorvância
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.
0,450
0,420
0,390
0,360
0,330
0,300
0,270
0,240
0,210
0,180
0,150
0,120
0,090
0,060
0,030
0,000
Reta de calibração
y = 0,1029x
R² = 0,9899
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
Concentração da solução (ppm)
10
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)
Massa Final (g)
8,75
1,98
11,61
2,79
11,16
2,40
17,42
5,09
15,09
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
11
Levedura seca ou húmida?
Tabela 4 Resultados obtidos com levedura seca e humida
[Cr(VI)]inicial
(ppm)
10
Massa de
levedura
(g)
12,00
(húmida)
2,4g
(seca)
Tempo
Agitação
30
minutos
Sim
Absorvância
[Cr(VI)]final
(ppm)
Redução
(%)
0,535
5,20
48,0
0,730
7,12
28,8
4. TESTES DE ADSORÇÃO
1.
2.
3.
5.
6.
7.
8.
9.
Preparar múltiplas soluções de Cr (VI), de igual volume.
Adicionar a massa adequada de levedura esgotada a cada solução, agitando por um tempo bem
determinado.
Filtrar e centrifugar.
Adicionar o reagente cromogénico 1,5-difenilcarbazida, mantendo o pH=2, para detecção no
espectrofotómetro. E esperar o desenvolvimento total da cor (10 min).
Medir a absorvância no comprimento de onda escolhido (540 nm).
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
Com ajuda da reta de calibração, determinar a concentração final de crómio hexavalente, de
cada solução.
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.
12
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
Sim
0,478
0,535
4,65
5,20
53,5
48,0
B. Concentração das soluções
Tabela 6 Resultados obtidos variando a concentração de crómio
[Cr(VI)]inicial
(ppm)
5
10
15
20
Massa de
levedura (g)
12,00
Tempo
Absorvância
30 minutos
0,354
0,478
0,624
0,886
Fig. 6 Filtração de Soluções
[Cr(VI)]final
(ppm)
3,44
4,65
6,06
8,63
Redução
(%)
31,2
53,5
59,6
56,9
Fig. 5 Erlenmeyers com as soluções já filtradas e
centrifugadas. Balões volumétricos com as soluções prontas
para ler a absorvância.
Concentração inicial
Concentração inicial em função da % de redução
25
20
15
10
5
0
0
30
60
90
% de redução
13
C. Massa de levedura adicionada
Tabela 7 Resultados obtidos variando a massa de levedura
[Cr(VI)]inicial
(ppm)
Massa de
levedura (g)
6,00
12,00
24,50
36,00
10
Tempo
Absorvância
30 minutos
0,689
0,574
0,095
0,123
[Cr(VI)]final
(ppm)
6,70
5,58
0,92
1,19
Redução
(%)
33,0
44,2
90,8
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.
Massa de levedura em função da % de redução
40
massa de levedura
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% de redução
14
D. Tempo de atuação após a adição da levedura
Tabela 8 Resultados obtidos variando o tempo de adsorção
[Cr(VI)]inicial
(ppm)
10
Massa de
levedura (g)
Tempo
Absorvância
12,00
30 minutos
2 horas
24 horas
0,574
0,302
0,263
30 min
[Cr(VI)]final
(ppm)
5.58
2.83
2,56
Redução
(%)
44.2
70.7
74,4
2h
Fig. 9 Erlenmeyers com as soluções já filtradas e
centrifugadas. Balões volumétricos com as soluções
prontas para ler a absorvância.
tempo em função da % de redução
30
25
tempo
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
% de redução
15
E. pH da solução com levedura
Tabela 9 Resultados obtidos variando o pH durante a adsorção
[Cr(VI)]inicial
(ppm)
Massa de
levedura (g)
8,15
8,20
10
pH = 5,29
Tempo
30
minutos
pH
inicial
5,29
12,96
Absorvância
0,631
0,180
[Cr(VI)]final
(ppm)
6,13
1,75
Redução
(%)
38,7
82,5
pH = 12,96
Fig. 10 Erlenmeyers com as soluções de crómio,
com a levedura adicionada, esperando 30 minutos.
pH durante a adsorção em função da % de redução
14
12
10
pH
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
% de redução
16
F. Temperatura durante a adsorção
Tabela 10 Resultados obtidos variando a temperatura de adsorção
[Cr(VI)]inicial
(ppm)
Massa de
levedura
(g)
Tempo
Temperatura
10
12,0
30
minutos
Temperatura
ambiente
4 ºC


Absorvância
[Cr(VI)]final
(ppm)
Redução
(%)
0,574
5,58
44,2
0,657
6,38
36,2
A levedura foi adicionada à solução a 4ºC. A filtração foi
feita à mesma Temperatura.
À Temperatura ambiente foi adicionado o agente
complexante Difenilcarbazida.
Fig. 11 Erlenmeyer com a solução de
crómio, com a levedura adicionada,
esperando 30 minutos, à
temperatura constante de 4,0ºC.
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.
17
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
18
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.
19
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.
20
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
21