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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.64.2017.tde-19122016-153217
Documento
Autor
Nombre completo
Marina Colzato
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Piracicaba, 2016
Director
Tribunal
Kamogawa, Marcos Yassuo (Presidente)
Abreu Junior, Cassio Hamilton
Abreu, Monica Ferreira de
Melo, Leônidas Carrijo Azevedo
Nogueira, Ana Rita de Araujo
Título en portugués
Extração sequencial e cinética de sorção de cádmio em solos tropicais
Palabras clave en portugués
Capacidade de sorção
Cinética de sorção
Modelo de predição
Solos intemperizados
Resumen en portugués
A interação de elementos potencialmente tóxicos com solos e a caracterização quanto à mobilidade e potencial de liberação ao ambiente são importantes para avaliação de risco ambiental. No caso de solos altamente intemperizados, como os Latossolos, a interação pode ser diferenciada devido à elevada acidez, baixa densidade de cargas negativas, maiores quantidades de minerais de argila 1:1 e de (hidr)óxidos de Fe, Al e Mn, em que predominam cargas negativas variáveis com o pH. O objetivo nesta tese foi caracterizar a capacidade de sorção, a distribuição entre as frações do solo, a especiação temporal, a predição da capacidade de sorção e a dessorção com método dinâmico de extração de Cd(II) em seis solos tropicais, incluindo três Latossolos. Amostras dos seis solos foram utilizadas para avaliação da interação com Cd(II), utilizando extração sequencial e especiação por espectroscopia de absorção de raios-X próximo à estrutura da borda (XANES) para avaliação da cinética de sorção. Dados de 29 solos foram utilizados para desenvolvimento de modelo de regressão linear para predição das capacidades de sorção de Cd(II). A caracterização da dessorção de Cd por extração convencional e dinâmica foi feita em solos de textura médio-arenosa, argilosa e em um solo de referência certificado. Os resultados de sorção foram ajustados ao modelo de Langmuir. As capacidades de sorção e as energias livres padrão de Gibbs variaram de 37 à 1296 mg kg-1 e de -16,6 até -27,0 kJ mol-1, respectivamente. A sorção foi fraca e reversível, e mais de 90% do Cd estava sorvido como espécies disponíveis. A especiação temporal indicou evidências fracas e variáveis para as alterações químicas do Cd no solo, sugerindo que o elemento liberado nessas amostras se ligou à matéria orgânica do solo e aos óxidos minerais ou permaneceu dissolvido, com pequenas alterações na especiação nos meses seguintes. O modelo linear representou 98% dos resultados empíricos apenas em função de uma variável, que foi o ensaio de sorção simplificado com apenas uma concentração de Cd(II). Apesar de a capacidade de sorção prevista com o modelo ter apresentado variação de cerca de 20% em relação ao empírico, o modelo de predição apresenta potencialidade de aplicação para avaliações iniciais e rápidas. A dessorção avaliada em batelada e em fluxo indicou dessorção próxima de 100% nas frações que representam disponibilidade no ambiente, enquanto o sistema desenvolvido para extração dinâmica foi adequado na mistura das soluções com a amostra de solo e propiciou rápida troca de extratores. De modo geral os atributos do solo, bem como a classe, influenciaram, mas não definiram a interação do Cd(II) com o solo. Por sua vez, o Cd(II) incorporado ao solo apresenta grande risco ambiental e de interação com a biota
Título en inglés
Cadmium sequential extraction and sorption kinetics in tropical soils
Palabras clave en inglés
Sorption capacity
Sorption kinetics
Weathered soils
Resumen en inglés
The interaction of potentially toxic elements in soils and characterization as mobility and potential of environmental release are important for environmental risk assessment. In the case of highly weathered soils, as Oxisols, interaction can be differentiated, due to the high acidity, low density of negative charges, and higher amounts of 1:1 clay minerals and Fe, Al and Mn (hidr)oxides, in which negative charges are variables with pH. The objectives in this thesis was to characterize the Cd(II) sorption capacity, distribution between soil fractions, temporal speciation, prediction of sorption capacity and desorption with dynamic extraction method in six tropical soils, including three Oxisols. Samples of the six soils were used to assess the interaction with Cd(II) using sequential extraction and the speciation with X-ray absorption near edge structure spectroscopy (XANES) to evaluate the adsorption kinetics. Data of 29 soils were used to develop a linear regression model for prediction of Cd(II) sorption capacity. The Cd desorption characterization trough conventional and dynamics extractions was performed in a medium-sandy, a clayey and a certified reference soils. The sorption results were fitted to the Langmuir model. Sorption capacities and standard Gibbs free energy ranged from 37 to 1296 mg kg-1 and from -16.6 to -27.0 kJ mol-1, respectively. Sorption was weak and reversible, and more 90% Cd was sorbed as available species. The temporal speciation indicated weak and variables evidence of chemical changes of Cd in the soil, suggesting that this element released in these soils bound to the soil organic matter and to mineral oxides or remained dissolved, with minor changes in speciation in the following months. The linear model accounted for 98% of empirical results only on the basis of a single variable, which was the sorption simplified experiment with only one Cd(II) concentration. Although the sorption capacity predicted with the model ranged about 20% of the empirical, prediction model has potential of application for initial and rapid assessments. The desorption evaluated in batch and flow indicated desorption of about 100% in the fractions representing availability in the environment, meanwhile the system developed for dynamic extraction was adequate to mix the solutions with the soil sample and provided rapid exchange of extractants. Overall, the soil characteristics and the class had influence, but did not define the interaction of Cd(II) with the soil. On the other hand, the Cd(II) incorporated into the soil has a great environmental risk and to interact with the biota
 
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Fecha de Publicación
2017-05-19
 
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