Biossorção de íons metálicos utilizando a biomassa do fungo Fusarium sp - Daniele Moreira [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
Os íons metálicos têm gerado grande preocupação ambiental devido sua toxicidade à saúde humana e ao ecossistema, principalmente por tratamento e descarte inadequados de efluentes industriais. Dentre os métodos aplicados, a biossorção tem se mostrado uma alternativa eficaz para o tratamento desses poluentes, principalmente por utilizar materiais de baixo custo e por ser um método sustentável, no qual o adsorvente e o adsorbato podem ser recuperados. Entre os possíveis biossorventes, a biomassa fúngica apresenta potencial para aplicação em diferentes processos, como por exemplo para a remoção ou redução de íons metálicos em ambientes, visando à recuperação da qualidade ambiental. A utilização de fungos se torna vantajosa em razão à sua tolerância a poluentes, sua capacidade de adentrar no meio por micélios e rápida colonização de diferentes substratos. Neste contexto, esse trabalho teve como objetivo produzir quantidades significativas de biomassa fúngica, aplicando a cepa do fungo ascomiceto Fusarium sp, em meio de cultivo submerso in vitro, para biossorção de íons metálicos (Ni 2+ e Pb 2+ ). Inicialmente foi realizado a produção da biomassa fúngica. Em seguida, foram realizadas análises de caracterização. O material foi caracterizado pelas técnicas: pH - PCZ , FT-IR, TGA, FRX, BET, MEV e PZ. Os efeitos dos parâmetros dependentes, como pH, dosagem do biossorvente e temperatura foram investigados. A biomassa fúngica apresentou superfície neutra em pH 6,48 e formadora de dispersões estáveis em pH 7. As imagens de MEV indicaram que a superfície do material apresenta uma estrutura rugosa e com a presença de filamentos. A análise de área superficial (BET) mostrou que a biomassa possui uma área superficial relativamente pequena (0,823 m 2 g -1 ) comparado com os adsorventes de engenharia. O FT-IR indicou a presença de grupos funcionais amino, amida e ácidos carboxílicos, presentes na estrutura de proteínas e polissacarídeos. Esses grupos foram significativos para remoção dos íons metálicos. A análise de comportamento térmico mostrou que o material analisado apresenta três fases de degradação, sendo a primeira entre 25ºC e 200º C, relacionada a eliminação de água, a segunda entre 200ºC e 350 ºC, devido a degradação de lipídeos totais e, o último estágio, em 350ºC e 500ºC que corresponde a decomposição da estrutura de polissacarídeos. A FRX apontou que os elementos predominantes na biomassa são cálcio, potássio e enxofre, sendo que, a presença desses elementos pode estar associada ao metabolismo, genética e estrutura do Fusarium sp. As condições ótimas de estudos foram alcançadas utilizando 0,05 g de biossorvente em concentrações iniciais entre 0,5 a 2,0 mg.L -1 , a 25 ºC e pH 4,5, para íons níquel e chumbo. Os dados experimentais foram melhor ajustados ao modelo de pseudo-segunda-ordem para Ni 2+ e Elovich para Pb 2+ , com capacidade adsorção no equilíbrio (q te ) de 0,458 mg.g -1 aos 240 minutos e de 0,843 mg.g -1 aos 1440 minutos, respectivamente. As isotermas de adsorção sugerem que a adsorção ocorre em mono e multicamada para Ni 2+ e Pb 2+ . Os parâmetros termodinâmicos foram estimados indicando um processo termodinamicamente viável e espontâneo, com eficiências de remoção de mais de 85%. Os resultados mostram que a biomassa inativa do fungo Fusarium sp apresentou características físico-químicas favoráveis ao processo de biossorção, se mostrando um bom material bioadsorvente para adsorção de íons metálicos em baixas concentrações.

Metal ions have generated great environmental concern due to their toxicity to human health and the ecosystem, mainly due to inadequate treatment and disposal of industrial effluents. Among the methods applied, biosorption has proven to be an effective alternative for the treat ment of these pollutants, mainly because it uses low-cost materials and is a sustainable method in which the adsorbent and adsorbate can be recovered. Among the possible biosorbents, fungal biomass has the potential for application in different processes, such as for the removal or re duction of metal ions in environments, aiming at the recovery of environmental quality. The use of fungi becomes advantageous due to their tolerance to pollutants, their ability to enter the environment through mycelia, and rapid colonization of different substrates. In this context, this work aimed to produce significant amounts of fungal biomass by applying the ascomycete fungus strain Fusarium sp, in a submerged in vitro culture medium, for biosorption of metal ions (Ni2+ and Pb2+). Initially, the fungal biomass was produced. Then, characterization anal yses were performed. The material was characterized by the following techniques: pH - PCZ, FT-IR, TGA, FRX, BET, SEM, and PZ. The effects of dependent parameters, such as pH, bio sorbent dosage, and temperature were investigated. The fungal biomass presented a neutral sur face at pH 6.48 and formed stable dispersions at pH 7. The SEM images indicated that the surface of the material presents a rough structure with the presence of filaments. The surface area analysis (BET) showed that the biomass has a relatively small surface area (0.823 m2 g -1 ) compared to engineering adsorbents. FT-IR indicated the presence of amino, amide, and car boxylic acid functional groups in the structure of proteins and polysaccharides. These groups were significant for the removal of metal ions. Thermal behavior analysis showed that the ana lyzed material presents three degradation phases, the first between 25 ºC and 200 ºC, related to the elimination of water, the second between 200 ºC and 350 ºC, due to the degradation of total lipids and, the last stage, at 350 ºC and 500ºC, which corresponds to the decomposition of the polysaccharide structure. XRF indicated that the predominant elements in the biomass are cal cium, potassium, and sulfur, and the presence of these elements may be associated with the metabolism, genetics, and structure of Fusarium sp. The optimal study conditions were achieved using 0.05 g of biosorbent in initial concentrations between 0.5 and 2.0 mg.L-1 , at 25 ºC and pH 4.5, for nickel and lead ions. The experimental data were best fitted to the pseudo second-order model for Ni2+ and Elovich for Pb2+, with equilibrium adsorption capacity (qte) of 0.458 mg.g-1 at 240 minutes and 0.843 mg.g-1 at 1440 minutes, respectively. The adsorption isotherms suggest that adsorption occurs in mono and multilayer for Ni2+ and Pb2+. The ther modynamic parameters were estimated indicating a thermodynamically viable and spontaneous process, with removal efficiencies of over 85%. The results show that the inactive biomass of the fungus Fusarium sp presented favorable physicochemical characteristics for the biosorption process, proving to be a good adsorbent material for the adsorption of metal ions at low con centrations.
Biosorption of metal ions using biomass from the fungus Fusarium sp
Keywords: Fungos filamentosos; Efluentes industriais; Modelo cinético; Modelo isotérmico; Modelo termodinâmico; Filamentous fungi; Industrial effluents; Kinetic model; Isothermal model; Thermodynamic model