Estudos de nanotubos de carbono e de titanatos e suas aplicações em reações de oxidação

• Autor(a) principal: Eudes Lorencon
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-8SDU3Z
• topic: nanotubos de carbono; hidrogênio; ouro; peróxido de hidrogênio; adsorventes; titanato de sódio; Catalisadores; Química inorgânica; Nanopartículas; Ouro; Nanotubos de carbono

Esta tese de doutorado teve como objetivo o desenvolvimento de novos catalisadores e adsorventes baseados em nanotubos de carbono decorados com ouro e nanotubos de titanato de sódio e hidrogênio, visando sua aplicação na remoção de compostos de enxofre presente no petróleo. A apresentação do trabalho está dividida em seis capítulos, sendo que o primeiro capítulo descreve os objetivos gerais, a motivação e organização do trabalho. Os capítulos seguintes contêm sua própria introdução, procedimentos, resultados e conclusões. No capítulo 2 nanotubos de carbono e nanotubos de titanatos foram sintetizados e caracterizados. Nanotubos de carbono de paredes simples (NTCPS) foram preparados pelo método de descarga de arco elétrico. Nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) foram produzidos em um sistema CVD utilizando ferroceno como precursor catalítico. A purificação desses materiais ocorreu através de oxidação térmica seguido por tratamento com ácido clorídrico. Os nanotubos inorgânicos de titanato, tanto na forma de titanato de sódio (Na2Ti3O7) como de titanato de hidrogênio (H2Ti3O7) foram preparados por simples tratamento hidrotérmico alcalino de TiO2 anatásio. No capítulo 3 algumas estratégias sintéticas para produção de híbridos entre nanotubos de carbono e nanopartículas metálicas foram estudadas. Os resultados indicaram em todas as rotas estudadas houve formação de nanopartículas de ouro na superfície dos materiais carbonosos. Contudo, a rota desenvolvida nessa tese, baseada na formação de nanopartículas metálicas por nanotubos de carbono reduzidos com metais alcalinos mostrou melhores resultados em termos de tamanhos de partícula e monodispersão. No capítulo 4 o comportamento térmico dos nanotubos de carbono purificados e decorados foi investigado por análise termogravimétrica e análise térmica diferencial. Os resultados indicaram que a nanopartículas metálicas de Au e Pd presentes na superfície dos nanotubos de carbono podem catalisar a oxidação do carbono. Este efeito catalítico mostrou-se fortemente dependente do tamanho médio das partículas na superfície dos materiais. No capítulo 5 avaliou-se a atividade catalítica dos nanotubos de titanato e nanotubos de carbono decorados com ouro em reações de oxidação na presença de peróxido de hidrogênio tendo o azul de metileno (AM) como molécula sonda. Os resultados revelaram que os nanotubos de titanato e os nanotubos de carbono, decorados com baixos tamanhos de partícula de Au (ca. 5,9 nm), são eficientes catalisadores em reações de oxidação do AM, na presença de peróxido de hidrogênio. A origem do efeito catalítico desses materiais, além das possíveis espécies de oxigênio reativas produzidas durante a reação foram investigadas em detalhes por diferentes técnicas, incluindo ressonância paramagnética eletrônica (EPR). Em ambos os casos foram propostos mecanismos para os processos de oxidação. No capítulo 6 os nanotubos de carbono decorados com ouro e os nanotubos de titanato foram aplicados na remoção de compostos de enxofre (dibenzotiofeno) em uma matriz simulada de petróleo (cicloexano). Duas formas diferentes de abordagens foram testadas, a remoção de enxofre através da adsorção e da dessulfurização oxidativa. Os estudos de adsorção revelaram que somente os NTC/Au com baixos tamanhos de partículas, produzidos pelo método do sal polieletrólito, apresentaram um aumento expressivo na capacidade de adsorção de enxofre, devido a interações específicas entre Au e dibenzotiofeno. Nas reações de dessulfurização oxidativa pode-se constatar que os nanotubos de titanato de hidrogênio mostraram excelente desempenho catalítico, mesmo sob condições suaves de reação, com elevado número de turnover e alta taxa de recuperação. Através dos estudos cinéticos foram propostos mecanismos de reação.