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Programa de Ps-graduao em Engenharia Mecnica

Alexandre Einstein Vale

Caracterizao da hidroxiapatita, obtida de osso bovino de

diferentes regies, para reteno de chumbo e construo de um

biofiltro.

So Joo del-Rei - MG

Maio de 2016

Alexandre Einstein Vale

Caracterizao da hidroxiapatita, obtida de osso bovino de

diferentes regies, para reteno de chumbo e construo de um

biofiltro.

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-graduao

em Engenharia Mecnica, da Universidade Federal de So

Joo del-Rei, como requisito parcial para a obteno do

ttulo de Mestre em Caracterizao e Propriedades

Mecnicas dos Materiais.

Orientadora: Prof. Dra. Roseli Marins Balestra

Co-orientadora: Prof. Dra. Magna M. M. Schaerer

So Joo del-Rei MG

Departamento de Engenharia Mecnica - UFSJ

Maio de 2016

Eu tentei 99 vezes e falhei. Mas na centsima tentativa eu

consegui. Nunca desista de seus objetivos, mesmo que eles

paream impossveis. A prxima tentativa pode ser a

vitria. (Albert Einstein)

AGRADECIMENTOS

Deixo aqui meus mais sinceros agradecimentos a todos aqueles que me ajudaram, de alguma

forma, na realizao desse trabalho.

Primeiramente a Deus pela fora em todos os momentos de dificuldades, turbulncias e

indecises. Sei que esteve ao meu lado sempre e por isso obtive sucesso nessa caminhada.

Aos meus pais, Gilson Rodrigues Vale e Nilza Miranda Vale, por me ensinarem a lutar, a

buscar e estarem ao meu lado sempre. Amo vocs e essa vitria seria inexistente sem a

presena de vocs.

minha esposa Juliana da Silva Pinto por ser minha amiga, companheira e conselheira, que

sempre esteve ao meu lado, apoiando e incentivando em mais uma etapa da minha vida, no

deixando que as dificuldades me abalasse, amo voc.

Aos meus filhos Gustavo Rodrigues Vale, Isaac da Silva Pinto Mota e Julia Ketllyn Vale,

amo vocs, obrigado por compreenderem pela abdicao de momentos maravilhosos ao lado

de vocs.

Aos meus irmos Alexandro Paulo Vale e Daniel Vale. Obrigado pelos momentos de

ensinamento, brigas, diverso e descontrao que vivo ao lado de vocs.

minha orientadora, Prof. Dra. Roseli Marins Balestra (DEMEC/UFSJ), pelos seus

ensinamentos, orientaes, conselhos acadmicos, confiana e acima de tudo, o

profissionalismo e excelncia, me fizeram seguir sempre em frente. Obrigado por todos os

momentos nos quais tive o prazer de absorver o conhecimento disponibilizado por voc.

minha coorientadora, Prof. Dra. Magna Maria Monteiro Schaerer (Ingeniera en

Ciencias de los Materiales/UNA). Apesar da distncia, sempre disponvel para me ajudar,

agradeo o apoio, muito obrigado.

A aluna de pesquisa Barbar Oliveira Gonttijo, que me auxiliou durante meu trabalho,

muito obrigado por ter acompanhando em todas as etapas, as dificuldades e os xitos ao longo

desta jornada.

Aos examinadores, Prof. Dr. Kurt Strecker, Prof. Dra. Mara Magna Monteiro Schaerer

e Prof. Dr. Marcelo Jos Bondioli por aceitarem fazer parte dessa banca. Agradeo a

disponibilidade para a avaliao desse trabalho e por todas as contribuies a serem dadas.

Aos tcnicos e amigos dos laboratrios de qumica do DCNat da UFSJ: Denlson Alves de

Arajo, Giordane Ladeira e Helena Clara da Silva Paes Ribeiro, por disponibilizar as

vidrarias e equipamentos necessrios, por toda pacincia e toda ajuda fornecida. Muito

obrigado por tudo.

Aos tcnicos e amigos dos laboratrios de Usinagem do DEMEC da UFSJ: Camilo Lllis do

Santos e Luiz Carlos Zanitti, por disponibilizar torno e equipamentos necessrios, para

confeco das peas. Muito obrigado por tudo.

Ao tcnico e amigo Andr Luis dos Santos do Laboratrio do CITEC do DEMEC, por me

ajudar sempre que possvel nos afazeres do dia-a-dia. Muito obrigado.

A tcnica Luizymari Silva Moreira do Laboratrio de Metalografia do DEMEC, por me

ajudar com o equipamento MEV. Muito obrigado

Aos meus amigos, em especial Adriano Galvo de Souza Azevedo, por disponibilizar o

tempo necessrio e conhecimento, para me ajudar em minhas dificuldades, fortalecendo nossa

amizade. Muito obrigado por tudo.

A Prof. Dra. Patrcia Benedini Martelli do DCNat da UFSJ, pelo treinamento e

disponibilizar o equipamento de Espectrometria de adsoro atmica de chama. Muito

obrigado.

Ao tcnico Jos Luiz de Almeida da empresa MELT LIGAS METALICAS, por me ajudar

com treinamento e seus conhecimentos com equipamento de Espectrometria de adsoro

atmica de chama, pela sua dedicao e competncia. Muito obrigado por toda a ajuda

durante as anlises e explicaes.

A empresa MELT LIGAS METALICAS por disponibilizar o equipamento de

Espectrometria de adsoro atmica de chama. Muito obrigado.

Ao Prof. Ely Wagner Ferreira Sabar do Instituto Federal de Educao, Cincia e

Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais pelas anlises de Fluorescncia de raios X, muito

obrigado.

A Pr-Reitora de Gesto e Desenvolvimento de Pessoas Adriana Amorim da Silva, por

ajudar numa nova etapa da minha carreira profissional.

Aos amigos e professores Tlio Hallak Panzera, Kurt Strecker e Vnia Regina Velloso

Silva (DEMEC/UFSJ) que me acolheram de forma maravilhosa para que eu pudesse dar

incio aos meus trabalhos. Tenho muito que agradecer todos vocs e dizer que aprendi e estou

aprendendo muito convivendo ao lado de grandes profissionais.

A todos os professores do programa de ps graduao do Departamento de Engenharia

Mecnica da Universidade Federal de So Joo del-Rei, por me passarem os conhecimentos

necessrios para a realizao desse trabalho. Todos vocs so exemplos a serem seguidos.

Muito obrigado a todos que estiveram ao meu lado durante essa caminhada, contribuindo de

forma direta ou indireta para a concluso desse trabalho.

RESUMO

Este trabalho consiste em avaliar a eficincia da hidroxiapatita (HAp) obtida de osso

bovino de diferentes regies, pois o mesmo pode conter composies qumicas diferentes

dependo da regio e condies em que o animal foi criado, alm da granulometria, as quais

temperaturas de calcinao, as formas de p e de pastilha para a remoo de chumbo

presentes na gua. Pesquisas concluram que de HAp sinttica tem uma alta capacidade para

remover metais pesados divalentes da gua em condies ambientais. Existem vrias

tecnologias empregadas para tratamento de gua e solos contaminado, porm, estes

tratamentos alm de serem caros muitas vezes so destrutivos. A HAp sinttica tem um custo

alto para se obter, j a produo Hap natural a partir de osso bovino de fcil extrao e

abundante, o que justifica o baixo custo e a sua utilizao. Sendo assim, torna-se necessrio

desenvolver novos mtodos para remover ons txicos de gua, solos e esgotos pela reduo

da solubilidade do chumbo (Pb) e consequentemente sua biodisponibilidade. Visto ser a HAp

um regulador da concentrao de clcio e fsforo no meio ambiente, este material poderia

ser usado com baixos custos, na remoo de Pb em solos e guas contaminadas, os mtodos

convencionais para o tratamento de guas contaminadas por metais pesados, alm de serem

relativamente caros, so muito ineficientes.

Palavras-chave: Hidroxiapatita; osso; biofiltro; metais pesados; calcinao.

ABSTRACT

This work is to evaluate the efficiency of hydroxyapatite (HAp) obtained of the bovine

bone from different regions, as it may contain different compositions depending on the region

and conditions under which the animal was treated, the type of particle size and the

calcination temperature, powder and pellet to remove heavy metals in the water. Research

concluded that the synthetic HAp has a high ability to remove heavy metal divalent water

under ambient conditions. There are several technologies employed for treatment of

contaminated water and soil, however, these treatments besides being expensive often

destructive. Therefore, it becomes necessary to develop new methods for removing toxic ions

from water, soil and sewage by reducing the solubility of Pb and consequently its

bioavailability. Since it is the HAp a regulator of calcium and phosphorus concentration in

the environment, this material could be used with low costs, lead removal in contaminated

soils and waters, conventional methods for the treatment of waters contaminated by heavy

metals, and are relatively expensive, are very inefficient, synthetic HAp is costly to obtain,

since the HAp production from bovine bone is easy to extract and abundant, hence the low

cost and their use.

Keywords: Hydroxyapatite; bone; biofilter; heavy metals; calcination.

LISTA DE SMBOLOS E ABREVIATURAS

- Angstroms (10-10

m)

AAS - Espectrometria de adsoro atmica de chama

ASE - rea Superficial Especfica

Ca - Clcio

DCNat Departamento de Cincias Naturais

DEMEC Departamento de Engenharia Mecnica

DRX Difrao de Raios X

EDS Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X

FTIR Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier

HAp N Hidroxiapatita Natural

HAp - Hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2)

MEV Microscopia Eletrnica de Varredura

mg. L-1

- Miligrama por Litro

MS Ministrio da Sade

nm Nanmetro (10-9

m)

P Fosforo

Pb Chumbo

Pb 2+