Recuperação de elementos com valor comercial de ecossistemas costeiros

Abstract

O grande desenvolvimento tecnológico tem levado à descarga de grandes quantidades de lixo eletrónico para os ecossistemas marinhos, resultando no aumento da concentração de elementos terras raras, o que pode trazer graves consequências para esses sistemas e consequentemente, para o ser humano. Por outro lado, a necessidade de encontrar alternativas ecológicas para a recuperação destes elementos tem sido alvo de atenção por parte de grandes potências mundiais. O objetivo deste trabalho foi a utilização de 6 macroalgas vivas (2 verdes, 2 vermelhas e 2 castanhas) para a remoção e recuperação de La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy e Y de ecossistemas marinhos, usando duas misturas, uma com 9 elementos terras raras e uma segunda onde foram adicionados a estes elementos, 6 elementos potencialmente tóxicos (Cr, Ni, Cu, Cd, Hg e Pb). Os resultados deste trabalho mostraram que a força iónica tem influência na remoção, dependendo da macroalga, do elemento terra rara e da matriz do sistema. Sempre que foram verificadas diferenças, as melhores remoções foram obtidas para a salinidade mais baixa. A seletividade das macroalgas mostrou ser semelhante para os elementos estudados, com o Gd e Eu a serem os elementos mais removidos, e o Ce, Nd e Y os menos removidos. As macroalgas Ulva intestinalis, Ulva lactuca e Gracilaria sp. mostraram ser as mais eficientes na remoção de elementos terras raras de matrizes complexas, tendo a Ulva lactuca ganho destaque na mistura contendo também elementos potencialmente tóxicos, dada a sua conhecida resistência a ambientes contaminados. A alga Ulva intestinalis mostrou ter uma melhor capacidade de concentrar os elementos terras raras no seu tecido, obtendo fatores de bioconcentração médios de 3187 e 2914, para as misturas com apenas terras raras, e terras raras com elementos potencialmente tóxicos, respetivamente. A aplicação de modelos cinéticos mostrou que os modelos de pseudo-segunda ordem e de Elovich foram os que obtiveram melhores ajustes, pelo que a sorção química foi o principal processo pelo qual ocorreu sorção dos elementos às macroalgas. Através da comparação destes ensaios com um ensaio monoelementar foi possível observar que houve menor remoção por parte das macroalgas nas soluções de mistura, causada possivelmente pela competição dos elementos pelos locais de ligação da superfície das macroalgas. A adição de elementos potencialmente tóxicos levou a uma melhor remoção por parte das algas, comparativamente com a mistura de apenas terras raras, que pode ser devido ao aumento do gradiente de concentração entre a solução e a superfície da alga. A utilização de macroalgas para a remoção e recuperação de elementos terras raras de ecossistemas marinhos revelou ser uma técnica promissora, com remoções acima de 80% para as melhores macroalgas ao fim de 7 dias de exposição. O facto de ser uma técnica mais amiga do ambiente e menos dispendiosa do que as técnicas mais tradicionais até agora utilizadas, faz com que esta seja uma alternativa com grande potencialidade para utilização futura.

The great technological development has led to the disposal of large quantities of electronic waste into marine ecosystems, resulting in increased concentrations of rare earth elements that can bring serious consequences for these systems and consequently for the human being. The need to find ecological alternatives for the recovery of these elements has been the focus of major world economies. The objective of this work was to use 6 living macroalgae (2 green, 2 red and 2 brown) for the removal and recovery of La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy and Y from marine ecosystems by simulating complex matrices using two mixtures, one with 9 rare earth element and a second one adding 6 potentially toxic elements (Cr, Ni, Cu, Cd, Hg and Pb) to the rare earth’s solution. The results of this work showed that the ionic strength has influence on the removal, although it varies depending on the macroalgae, the rare earth element and the matrix of the system. Whenever differences were observed, the best removals were obtained for the lowest salinity. Selectivity of macroalgae was very similar, with Gd and Eu being the most removed elements, and Ce, Nd and Y being the least removed. The macroalgae Ulva intestinalis, Ulva lactuca and Gracilaria sp. showed to be the most efficient in the removal of rare earth elements from complex matrices, with Ulva lactuca gaining prominence in the more complex mixture, due to its known resistance to contaminated environments. The algae Ulva intestinalis showed a better performance to concentrate the rare earth elements in its tissue, obtaining average bioconcentration factors of 3187 and 2914, for mixtures with only rare earths, and rare earths with potentially toxic elements, respectively. The application of kinetic models showed that the pseudo second order and Elovich models were the ones that obtained the best adjustments, therefore chemisorption was the main process behind the sorption of the elements to the macroalgae. By comparing these experiments with a monoelement assay it was possible to observe that there was less removal by the macroalgae in the mixing solutions, possibly caused by element competition for the macroalgal surface binding sites. The addition of potentially toxic elements led to better algae removal compared to rare earths mixture, which may be due to the increase of the concentration gradient between solution and alga surface. The use of macroalgae for the removal and recovery of rare earth elements from marine ecosystems has proven to be a very promising technique, with removals above 80% for the best macroalgae after 7 days of exposure. The fact that it is a more environment friendly technique and less expensive than the most traditional techniques used so far, makes this an alternative with great potential for future use.