Fosfatos de cálcio no ambiente

Abstract

A redução dos actuais níveis de poluição ambiental por elementos químicos vestigiais tais como arsénio e chumbo constitui um dos grandes desafios que a sociedade moderna tem que assumir e mobilizar recursos diversos para debelar este problema. A presença destes elementos químicos no ambiente em concentrações anormais é preocupante devido à sua possível biodisponibilidade. A sua imobilização vem sendo efectuada com recurso a diversas técnicas tais como precipitação, permuta iónica e adsorção. Este trabalho teve como objectivo principal aprofundar o estudo da extensão de substituição do cálcio por chumbo e do fosfato por arsenato no sentido de modelar a sua utilização no processo de imobilização de elementos químicos em solos e sua eliminação das águas contaminadas com estes elementos químicos e que possam ser utilizados para a actividade humana. Foram colhidas duas amostras de água, BSD01 e BSD02 na ribeira de São Domingos, no Baixo Alentejo, sudeste de Portugal. Estas águas apresentavam valores de pH, respectivamente 2,49 e 2,55. Os teores totais do arsénio foram, respectivamente, 10 e 233 μg L-1 e os de chumbo, respectivamente, 2,55x102 e 2,14x102 μg L-1. A redução dos elementos químicos vestigiais, particularmente o arsénio e o chumbo dessas águas efectuou-se com recurso a três colunas de purificação contendo porções bem definidas de areia, dióxido de manganês sinterizado conjuntamente com ossos a 550 ºC, piromorfite sintetizada, ossos calcinados a 1000 ºC e calcário. Os teores totais dos elementos Al, As, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, P e Pb nas amostras em solução aquosa foram determinados por ICP-MS. As amostras na fase sólida foram analisadas por difracção dos raios-X. O método proposto usando hidroxiapatite biológica para a remoção do arsénio e chumbo de águas foi eficiente. Nas últimas amostras de água BSD01 filtradas pelas colunas 1 e 2, os teores totais de arsénio e de chumbo foram inferiores a 10 μg L- 1 e nas amostras de água BSD02 os teores totais de arsénio também foram inferiores a 10 μg L-1e os de chumbo, inferiores a 10 μg L-1 na coluna 1 e 28,1 e 41,9 μg L-1, respectivamente nas colunas 2 e 3. As amostras de solo contaminadas com arsénio foram colhidas na mina de Santo António situada a 10 km ao norte de Penedono (Portugal). Estas amostras foram utilizadas em ensaios de vaso para crescimento de hortícolas em condições controladas. Às amostras de solo foram adicionadas: a) óxido de ferro(III) (goethite); b) fosfato de cálcio (hidroxiapatite) e c) matéria orgânica. A fracção disponível dos elementos Al, As, Fe, Pb e Sb nessas amostras foi determinada por ICP-MS após a extracção com cinco soluções: água destilada, CH3COONH4 1 mol L-1, CaCl2 0,01 mol L-1 Ca(NO3)2 0,5 mol L-1 e a mistura de ácido dietilenotriaminapentacético (DTPA) 0,05 mol L-1, trietanolamina (TEA) 0,1 mol L-1 e CaCl2 0, 01 mol L-1. A fracção disponível dos elementos arsénio e chumbo foi mais elevada pelo método da água destilada. Algumas experiências realizadas neste trabalho foram transpostas para contextos de ensino aprendizagem da Química, aplicáveis em diferentes níveis de ensino.

ABSTRACT: The reduction of current levels of environmental pollution by trace elements such as arsenic and lead is one of the major challenges that modern society has to assume, and has to mobilize several resources for tackle this problem. The presence of these elements in the environment in anomalous amounts is worrisome because of their possible bioavailability. Their immobilization has been carried out using several techniques such as precipitation, ion exchange, and adsorption. This study has, as main aim, to search the extent of the substitution of lead for calcium and phosphate for arsenate in the sense of modeling the use of bones in the process of immobilization of chemical elements in soil and their elimination from waste water contaminated with these elements and that can be used for human activity. Two samples of water, BSD01 and BSD02, were collected in the stream of São Domingos, in Baixo Alentejo, in Southestern Portugal. These waters present pH values, 2.49 and 2.55, respectively. Total concentrations of arsenic were 10 and 233 μg L-1, respectively, and the amount of lead was 2.55x102 and 2.14x102 μg L-1, respectively. The reduction of trace elements, particularly arsenic and lead, in these waters was carried out using purification three columns containing well-defined portions of sand and manganese dioxide sintered together with bones at 550 ºC, synthesized pyromorphite, bones calcined at 1000 ºC, and limestone. Total concentrations of the elements Al, As, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, P and Pb in samples in aqueous solution were determined using ICP-MS. Samples in the solid phase were analyzed by X-ray diffraction. The proposed method using biological hydroxyapatite for removing arsenic and lead in water was efficient. In the last samples of water, BSD01filtered by columns 1 and 2, the levels of arsenic and lead were less than 10 μg L-1. In the samples of water BSD02, the levels of arsenic were also below 10 μg L-1 and the one of lead below 10 μg L-1 in the column 1 and 28.1 and 41.9 μg L-1 in the columns 2 and 3, respectively. The arsenic contaminated soil samples were collected in the Santo António mine at 10 km north of Penedono (Portugal). These samples were used in testing the vessel for growth of vegetables under controlled conditions. Soil samples were added: a) iron oxide(III) (goethite), b) calcium phosphate (hydroxyapatite), and c) organic matter. The available fraction of the elements Al, As, Fe, Pb e Sb in those samples were analyzed by ICP-MS using five extraction solution: distilled water, CH3COONH4 1 mol L-1, CaCl2 0.01 mol L-1 Ca(NO3)2 0.5 mol L-1 and the mixture of dietilenotriaminopentaacetic acid (DTPA) 0.05 mol L-1, trietanolamin (TEA) 0.1 mol L-1 and CaCl2 0.01 mol L-1. The available fraction of the elements As and Pb was higher for the method of the distilled water. Some experiments in this work were implemented in contexts of teaching learning of chemistry, applicable at different levels of education.