Fotofixação de nitrogênio à amônia promovida por catalisadores heterogêneos

• Main Author: Sá, Iago Fernandes de
• Publication Date: 2019
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Download full: http://hdl.handle.net/10183/199172
• topic: Amônia; Nitrogênio; Nanopartículas

A fixação de nitrogênio para a produção de amônia é uma das reações químicas mais importantes atualmente, devido à utilização de amônia na produção de fertilizantes que auxiliam na manutenção da cadeia alimentícia para a sociedade. Com o objetivo de promover a fotofixação de nitrogênio, neste trabalho foram desenvolvidos nanopartículas bimetálicas de FeNi, NiCo, FeMo e RuPd suportadas (1% em massa de metal) na superfície de nitreto de carbono (C3N4) para serem testados como sistemas catalíticos. Os resultados mostram que o melhor desempenho foi obtido através do catalisador RuPd/C3N4 (RuPd NPs: 4,6 ± 1,1 nm) para a fotofixação de nitrogênio em água a 25 ºC utilizando etanol (10% m/m) como agente de sacrifício. As taxas de produção de amônia, expressas em termos do NH4+ formado, atingiram até 1389,84 mol.g-1.h-1 e o rendimento quântico aparente foi de 6% para a reação catalisada pelo material RuPd/C3N4, que foi muito superior aos valores observados para os sistemas monometálicos e os outros três bimetálicos. Isso deve-se ao possível sinergismo existente entre os metais Ru e Pd, onde o primeiro é capaz de enfraquecer as ligações entre os átomos de N2, enquanto que o segundo deve auxiliar na transferência de prótons/H. para a molécula de N2, levando à formação de NH3. Além disso, as nanopartículas bimetálicas oferecem uma condição adequada para trapear os elétrons foto-excitados do semicondutor utilizado como suporte, o que dificulta a recombinação indesejada do par elétron/buraco e favorece a fotofixação. Vale ressaltar que o segundo melhor resultado fotocatalítico foi observado para o material FeNi/C3N4, produzindo até 798,51 mol.g-1.h-1. A combinação FeNi é muito semelhante em propriedades ao RuPd, porém mais barato, o que sugere ser uma boa alternativa com uma redução significativa de custos. Além disso, o etanol, um composto proveniente de matéria prima renovável, foi usado como um agente de sacrifício mais ambientalmente correto, o que proporcionou uma produção de amônia ainda melhor quando comparado a estudos anteriores de aplicação com metanol, um agente de sacrifício conhecido e comumente escolhido por gerar elevadas taxas de conversão de N2 à NH3. Entretanto, metanol é proveniente de fontes não renováveis o que torna o etanol um substituto melhor para futuras aplicações. Portanto, os presentes sistemas fotocatalíticos são certamente uma alternativa sustentável para a fotofixação de nitrogênio sob condições brandas de reação.