Síntese de nanopartículas de sulfato ferroso a partir da biotransformação de rejeitos da mineração de carvão

Abstract

A geração de energia a partir do carvão mineral, incluindo sua exploração e beneficiamento, causa sérios danos aos recursos hídricos, solo e relevo das áreas próximas. Devido à grande quantidade de compostos de enxofre e metais pesados, os resíduos da mineração constituem um dos principais propulsores da poluição gerada pelo processo. Para contribuir com o tratamento desses resíduos, alguns processos físico-químicos vêm sendo utilizados. Entretanto, esses processos não usam meios ambientalmente amigáveis e, normalmente seus produtos gerados possuem baixo valor agregado. Os bioprocessos, como a biomineração e a biossíntese, vêm surgindo como alternativa aos processos tradicionais no sentido de ser ecologicamente amigáveis e de resultarem em produtos de aplicabilidade mais refinada e alto valor agregado. Neste trabalho, foi usada a bactéria Rhodococcus erythropolis ATCC 4277 para desenvolver um processo de biossíntese de nanopartículas de sulfato ferroso a partir de resíduos piritosos da indústria carbonífera. Ensaios como Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia Mossbauer (EM), Microscopia eletrônica de transmissão (MET), entre outros, utilizando o resíduo piritoso como precursor comprovaram a capacidade de biossíntese de nanopartículas pelo R. erythropolis ATCC 4277, dando origem a partículas de tamanho inferiores a 100 nm. As condições de bioprocesso que culminaram em menores tamanhos de partícula foram para uma concentração normalizada de biomassa de 0,5 (? = 600 nm), 2,5% (m/m) de resíduo piritoso e uma agitação de 150 rpm durante um total de 72 h. Nesse caso, as nanopartículas formadas foram compostas por sulfato ferroso. Isso indica que essa cepa tem potencial para ser utilizada em processos ambientalmente amigáveis de tratamento de resíduos provenientes da indústria carbonífera, podendo resultar em um avanço importante para esse setor.

Abstract : Coal is one of the main inputs for energy generation, but its exploration and processing cause serious damage to water resources, soil and landforms of neighboring areas. One of the main pollution drivers is the presence of sulfur-rich compounds and heavy metals in coal mining wastes. Physical-chemical processes have been employed to treat such wastes that, however, do not use environmentally friendly means and, in general, end up generating low value products. Bioprocesses, such as biomineration and biosynthesis, have emerged as an alternative to traditional processes in the sense of being ecologically friendly and result in products of more refined applicability and high added value. In this work, the bacterium Rhodococcus erythropolis ATCC 4277 was chosen to develop a biosynthesis process of iron nanoparticles from the pyrite residues of the coal industry. Tests such X-ray diffraction (XRD), Mossbauer Spectroscopy (ME), Transmission Electron Microscopy (TEM), among others, using pyrite residue as a precursor demonstrated the ability of biosynthesis of nanoparticles by R. erythropolis ATCC 4277 to produce particles smaller than 100 nm. The bioprocess conditions leading to smaller particle sizes were at a standard biomass concentration of 0.5 (? = 600 nm), 2.5% (w/w) pyrite residue and a stirring of 150 rpm for a total of 72 h. In this case, the nanoparticles formed were composed of ferrous sulfate. This indicates that this strain has potential to be used in environmentally friendly waste treatment processes from the coal industry, which could result in an important advance for this sector.