Determinação de cádmio por GF AAS em amostras de lodo proveniente do tratamento de chorume por eletrocoagulação

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Analítica

Autores

Betim, F.S. (UFES) ; Jesus, H.C. (UFES) ; Barthus, R.C. (UFES)

Resumo

Neste trabalho, foi realizada a determinação de cádmio por GF AAS em lodo proveniente do tratamento de chorume por eletrocoagulação. As temperaturas de pirólise e atomização foram otimizadas utilizando planejamento fatorial com 11 experimentos. Obteve-se melhor sinal com temperatura de pirólise de 370 ºC e temperatura de atomização de 950 ºC. O método apresentou seletividade (inclinações das curvas de calibração e de adição de padrão sem diferenças significativas), linearidade (R²>0,99 e gráficos de resíduos sem tendências), exatidão (recuperação média dentro dos limites de aceitação) e limites de detecção e quantificação adequados. As amostras de lodo apresentaram concentrações entre 0,13 e 0,15 mg/Kg.

Palavras chaves

Cádmio; GF AAS; Lodo de chorume

Introdução

Um dos grandes problemas da atualidade é o tratamento de resíduos sólidos urbanos (RSU), os quais podem afetar o ar, o solo e os recursos hídricos ao seu redor, quando não tratados de maneira correta (CECON et al., 2010). Dentre eles, há o chorume, líquido de cor escura, contaminante, derivado de processos físicos, químicos e bioquímicos da decomposição do RSU, composto de matéria orgânica dissolvida, compostos orgânicos xenobióticos, macrocomponentes inorgânicos e metais bastante tóxicos (MORAIS et al., 2006). Após um tratamento por eletrocoagulação, resta-se um lodo rico em matéria orgânica, e diversos nutrientes altamente importantes para a agricultura, o que possibilita seu uso em plantações (MATOS et al., 2008). O cádmio é considerado um dos metais mais ecotóxicos, apresentando importantes efeitos adversos sobre a atividade biológica do solo, metabolismo de plantas, e a saúde dos seres humanos e dos animais (NACKE, 2011). O principal uso do Cd é em materiais de eletrodo ativo em baterias Ni-Cd, sendo também utilizado para proteger o aço contra a corrosão, como uma barreira de controle de nêutrons em reatores de fissão nuclear e como pigmento amarelo em tintas (LEE, 1999). A espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (GF AAS) tem sido altamente utilizada em diversos tipos de amostras, devido sua acurácia e sensibilidade. Nela, são alcançados limites de detecção da ordem de baixas partes por bilhão (SKOOG et al., 2006). O presente trabalho visa quantificar o teor de cádmio em lodo de chorume proveniente do tratamento por eletrocoagulação, através da técnica GF AAS, visando sua aplicabilidade dentro dos teores máximos permitidos como fertilizante para agricultura.

Material e métodos

Para o presente trabalho, foi utilizado espectrômetro de absorção atômica com forno de grafite AAS 5 EA (Carl Zeiss). Nas análises, o volume de injeção de amostra foi sempre de 20 µL e 5 µL de modificador de matriz (Pd(NO₃)₂ 0,1% + Mg(NO₃)₂ 0,05%). Foi utilizada lâmpada de cátodo oco de chumbo, operada a 4 mA, comprimento de onda 228,8 nm e fenda 0,8 nm. O modo área (absorbância integrada) foi utilizado, com tempo de integração de 3,5 s. Foram feitas 3 leituras das amostras, com um blind antes de cada uma das amostras. Ácido nítrico foi previamente destilado em sistema de sub-ebulição de quartzo. Todas as soluções foram preparadas usando água de osmose reversa. Foi feita uma curva de calibração a partir de soluções padrões de chumbo em HNO₃ 0,2 mol/L, nas concentrações 0; 4; 8; 12; 16; e 20 µg/L. Também foi feita uma curva de adição de padrão, com as mesmas concentrações adicionadas. As temperaturas de pirólise e atomização foram otimizadas utilizando planejamento fatorial com 11 experimentos, sendo dois níveis relativos à menor (-1) e maior (+1) temperaturas e duas variáveis (temperaturas de pirólise e atomização), além de três experimentos no ponto central (temperaturas de pirólise e atomização normalizadas em 0) para o cálculo do erro, e 4 experimentos axiais. As amostras de lodo foram obtidas a partir do tratamento prévio do chorume, utilizando um reator de eletrocoagulação construído no próprio laboratório. Foram pesada amostras de 0,5 g, que foram digeridas em forno micro-ondas com HNO3 concentrado, seguindo a metodologia USEPA 3051a, e completadas para balões de 50 mL.

Resultado e discussão

Após o planejamento experimental, foi obtido um modelo com a seguinte equação para o Cd: y = 0,05539 + 0,00986P + 0,0208A – 0,00366P^2 - 0.00678A^2 - 0.00167PA Foram, então, aplicados dois testes F, um para testar se a equação de regressão é estatisticamente significativa e outro para avaliar se o modelo está ou não bem ajustado às observações. O modelo mostrou-se adequado. Foi então obtida a superfície de resposta, apresentada na figura 1. O valor de r² obtido foi de 0,9751. As temperaturas ótimas de trabalho obtidas foram 370 ºC (pirólise) e 950 ºC (atomização). As curvas de calibração e adição de padrão, juntamente com os gráficos de resíduos, estão representadas na figura 2. Aplicando o teste-F, conclui-se que as curvas de calibração e adição de padrão não possuem diferenças significativas, sendo assim o método seletivo. Pode-se observar que os valores de R² foram satisfatórios, uma vez que foram maiores que 0,99; além disso, os gráficos de resíduos não apresentam tendências, confirmando assim a linearidade do método e a boa reprodução da análise. O estudo de exatidão foi realizado por ensaios de recuperação. As concentrações de padrão adicionado foram de 8; 12; e 16 µg/L. Os valores obtidos foram entre 97 e 105%, estando dentro dos valores aceitos para exatidão segundo a AOAC. Os limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) obtidos foram: LD = 0,076 µg/L; LQ = 0,252 µg/L. Foram então realizadas as análises de Cd no lodo. Foram analisadas 4 amostras, denominadas: 50 A, 150 A, 250 A, e Misto (uma mistura das outras 3, na proporção 1:5:8). Foram obtidas as seguintes concentrações: 0,13 mg/Kg (50 A); 0,14 mg/Kg (150 A); 0,15 mg/Kg (250 A); 0,14 mg/Kg (Misto). Todas as concentrações estão de acordo com o limite permitido pela Resolução CONAMA 375/2006 (29 mg/Kg).

Superfície de resposta obtida para o cádmio


Curvas de Calibração e de Adição de Padrão para o cádmio, juntamente com os gráficos de resíduos.

Conclusões

A técnica GF AAS demonstrou-se bastante eficiente na quantificação de cádmio, apresentando baixo limite de detecção e quantificação, bem como seletividade, linearidade e exatidão adequados. O Planejamento Experimental mostrou-se uma importante ferramenta para a otimização de parâmetros, mostrando possíveis interações entre os mesmos, e diminuindo o número de experimentos realizados. As concentrações de chumbo na amostras de lodo estão dentro do permitido pela legislação vigente para sua utilização na agricultura.

Agradecimentos

LQA/UFES, LPT/UFES, DQUI/UFES, PPGQUI/UFES, PIBIC/UFES e CAPES.

Referências

CECON, P.R. et al. Disponibilidade de sódio em solo com capim tifton e aplicação de percolado de resíduo sólido. Campina grande: Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 2010. v. 14, n.10, 1094-1100.
LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. São Paulo: E. Blücher, 1999. 527 p.
MATOS, A. T. ; CARVALHO, A. L. DE ; AZEVEDO, I. C. D. D. Viabilidade do aproveitamento agrícola de percolados de resíduos sólidos urbanos. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 12, 2008, 430-440.
MORAIS, J. L.; PERALTA-ZAMORA, P.G.; SIRTORI, C. Tratamento de chorume de aterro sanitário por fotocatálise heterogênea integrada a processo biológico convencional. Curitiba: Química Nova 29 (1), 2006, 20-23.
NACKE, H. Produtividade e componentes de produção do milho fertilizado com diferentes fontes e doses de Zn e disponibilidade dos metais pesados tóxicos Cd, Pb e Cr. Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Curso de Pós-graduação em Agronomia, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Marechal Cândido Rondon, 2011.79 p.
SKOOG, D. A. et al. Fundamentos de Química Analítica. Tradução de Marco Grassi. 8ª. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2006.