Nickel adsorption and desorption in an acric oxisol as a function of pH, ionic strength and incubation time / Adsorção/dessorção de níquel em solo ácrico em função do pH, da força iônica e tempo de incubação

ABSTRACT Although nickel (Ni) has both important potential benefits and toxic effects in the environment, its behavior in tropical soils has not been well studied. Nickel adsorption-desorption in topsoil and subsoil samples of an acric Oxisol was studied at three pH values (from 3.0 to 8.0). Adsorption-desorption isotherms were elaborated from experiments with increasing Ni concentration (5 to 100 mg L-1), during 0, 4, and 12 weeks, using CaCl2 0.01 and 0.1 M as electrolytic support in order to also verify the effect of Ni-soil time contact and of ionic strength on the reaction. Experimental results of Ni adsorption fitted Langmuir model, which indicated that maximum Ni adsorption (71,440 mg kg-1) occurred at subsoil, after 12 weeks. Nickel affinity (KL) was also greater at subsoil (1.0 L kg-1). The Ni adsorption in the topsoil samples was higher, due to its lower point of zero salt effect (PZSE) and higher organic matter content. The increase in soil pH resulted in the increase of Ni adsorption. Nickel desorbed less from soil samples incubated for 4 or 12 weeks, suggesting that Ni interactions with colloidal particles increase over time. The amount of Ni desorbed increased with increasing ionic strength in both the topsoil and subsoil soil samples. Finally, adsorption-desorption hysteresis was clearly observed. Soil pH, ionic strength of soil solution and the Ni-soil contact time should be considered as criteria for selecting the areas for disposal of residues containing Ni or to compose remediation strategies for acric soils contaminated with Ni.

RESUMO Apesar de o níquel (Ni) ser um elemento importante no ambiente, tanto pelo seu potencial benéfico, como tóxico, informações sobre o seu comportamento em solos tropicais são escassas. Reações de adsorção-dessorção de Ni em amostras superficias e subsuperficias de um Latossolo ácrico foram estudadas em três valores de pH do solo, variando de 3,0 a 8,0. Isotermas de adsorção-dessorção foram elaboradas a partir de experimentos com concentrações crescentes de Ni (5 a 100 mg L-1), durante 0, 4 e 12 semanas, usando CaCl2 0.01 e 0.1 M como eletrólito suporte para verificar o efeito do tempo de contato e da força iônica sobre a reação. Resultados experimentais foram adequadamente ajustados pelo modelo de Langmuir, o qual apontou que a máxima adsorção de Ni (71.440 mg kg-1) ocorreu após 12 semanas de contato do Ni com amostras do subsolo. A afinidade do Ni também foi maior pelas amostras de subsolo (1,0 L kg-1). A adsorção de Ni foi maior nas amostras superficiais, devido ao menor ponto de efeito salino nulo e ao maior tero de matéria orgânica. A elevação do pH do solo aumentou a adsorção de Ni. Houve menos dessorção de Ni das amostras de solo incubadas por 4 e 12 semanas, sugerindo que as interações entre o Ni e as partículas do solo aumentam ao longo do tempo. A quantidade de Ni dessorvido aumentou com o aumento da força iônica, independentemente da profundidade de amostragem do solo. Finalmente, a histerese da reação de adsorção-dessorção de Ni foi claramente observada. O pH do solo, a força iônica da solução e o tempo de contato do Ni com o solo devem ser considerados critérios para a seleção de áreas para a disposição de resíduos contendo Ni e para compor estratégias de remediação para solos ácricos contaminados por Ni.

Nickel adsorption by variable charge soils: effect of pH and ionic strength

The effects of pH and ionic strength (I) on Ni adsorption in variable charge soils were evaluated by laboratory batch experiments. Experimental results fitted the Langmuir model. Maximum adsorption (Ads max) ranged from 260-2818 mg kg-1 (topsoil) to 532-1541 mg kg-1 (subsoil). Nickel affinity (K L) was higher in the subsoil samples (0.022-0.236 L kg-1) than in topsoil (0.003-0.049 L kg-1). Adsorption envelopes showed sharp increase in Ni adsorption (20-90 percent) in the 4.0-6.0 pH range. Nickel adsorption was affected by I and specific adsorption predominated in the 3.0-5.0 pH range, while above pH 5.0, it was adsorbed by electrostatic mechanisms. Negative values of free energy variation (ΔG) and the separation factor K R<1 indicated that Ni adsorption reaction was favorable and occurred spontaneously, especially when pH increase. Chemical and mineralogical soil attributes should be considered as criteria for selecting the areas for disposal of residues containing Ni to minimize the impact on the environment.

Energia livre da reação de adsorção de cádmio em latossolos ácricos / Free energy of cadmium adsorption reaction in acric oxisols

O cádmio é um metal pesado que pode ser adicionado ao solo por meio do lixo urbano ou industrial, lodo de esgoto e fertilizantes fosfatados. É facilmente absorvido e translocado pelas plantas, tendo potencial de entrar na cadeia alimentar humana. A persistência e a mobilidade do cádmio no solo é determinada pela intensidade da adsorçäo pelos colóides do solo. A avaliaçäo da energia livre de adsorçäo de um elemento ao solo pode servir como medida da força da reaçäo. Estudou-se a energia livre da reaçäo de adsorçäo de cádmio em amostras superficiais (0-0,2m) e subsuperficiais (na maior expressäo do horizonte B) de um Nitossolo Vermelho eutroférrico, um Latossolo Vermelho acriférrico e um Latossolo Amarelo ácrico, após a adiçäo de 5, 10, 15, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175 e 200mg L-1 de cádmio. A adsorçäo de cádmio pelos solos foi espontânea, pois a energia livre apresentou valores negativos em todas as concentraçöes estudadas. Os valores de energia livre diminuíram com o aumento da dose de cádmio adicionada. O Nitossolo apresentou maior energia livre do que os Latossolos, sobretudo na camada superficial. Os horizontes superficiais apresentaram maior energia livre para as reaçöes de adsorçäo de cádmio dos que os subsuperficiais, provavelmente devido ao efeito da matéria orgânica, que apresenta alta afinidade pelo elemento