Preparação de novos catalisadores do tipo fenton heterogêneos, à base de óxidos de ferro formados em litologia de Itabirito

• Autor(a) principal: Marcio Cesar Pereira
• Data de Publicação: 2009
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-876VTZ
• topic: óxidos de ferro; Fenton heterogêneo; Itabirito; Físico-química; Ferro Minas e mineração; Química; Catalisadores; Oxidos de ferro

Esta tese de doutorado trata do desenvolvimento de novos materiais à base de geomaterial, formado sobre itabirito, para uso em sistemas catalíticos do tipo Fenton heterogêneo. O geomaterial estudado é extremamente rico em óxidos de ferro, i. e. hematita ( Fe2O3) e goethita ( FeOOH). No entanto, ele é praticamente inativo cataliticamente em reações com H2O2. Assim, o principal objetivo deste trabalho foi o de desenvolver catalisadores ativos usando o geomaterial como precursor. Para isso, dois tratamentos foram realizados: (1) solubilização das fases de ferro do geomaterial, redução química parcial dos íons Fe3+ e precipitação das fases de ferro; (2) redução química de Fe3+, na estrutura da hematita e goethita, por reações com carvão obtido da queima de sacarose. No tratamento (1) as amostras foram solubilizadas com HCl concentrado, o Fe3+ solúvel reduzido quimicamente com diferentes quantidades de Na2SO3 e as novas fases de ferro precipitadas com NaOH. No tratamento (2), os compósitos de solo/carvão foram obtidos a partir de impregnação de sacarose no geomaterial, seguido de tratamento térmico em diferentes temperaturas de aquecimento em atmosfera de ar. Os materiais sintetizados foram caracterizados por análises químicas de Fe2+ e Fe total, medidas de reflectância difusa, medidas de área superficial, espectroscopia Mössbauer do 57Fe e difratometria de raios X. Os resultados obtidos para o tratamento (1) indicaram que os principais produtos formados foram uma solução sólida de magnetita-maghemita em todos os materiais, além de ferridrita na amostra I-3, lepidocrocita na Fe-4, feroxita na I-4 e pequenas quantidades de hematita na I-6. A atividade catalítica dos materiais na degradação do azul de metileno, usado como uma molécula modelo, foi significativamente melhor em relação à amostra não alterada. Estudos cinéticos mostraram que a ordem da reação de degradação do azul metileno é 1 em relação à concentração do corante e do catalisador e aproximadamente 0,5 em relação à concentração de H2O2. O mecanismo proposto de degradação do corante é similar ao do sistema do tipo Fenton heterogêneo e ocorre via radicais livres. Fe2+ estrutural, na estrutura da magnetita, e feroxita foram os responsáveis pela atividade catalítica daqueles sistemas. A remoção de cor da solução do corante e conversão de carbono orgânico em inorgânico foi 80 e 14%, respectivamente, após 150 minutos de reação. Os resultados obtidos para o tratamento (2) mostraram que hematita e goethita podem reagir com CO para formar espécies químicas reduzidas como magnetita e wüstita. A atividade catalítica desses materiais mostrou-se significativamente melhor na degradação do azul de metileno, em relação à amostra não alterada. A formação de wüstita foi induzida pelo aumento no teor de carvão nos compósitos. Compósitos contendo cobalto foram fortemente ativos na degradação do corante. O cobalto teve um papel importante na estabilização de wustita e para evitar processos de sinterização durante o processo de aquecimento. Estudos cinéticos mostraram que a ordem da reação de degradação do corante foi igual a 1 em relação à concentração do azul de metileno e catalisador e 0,5 em relação à de H2O2. As espécies de Fe2+ e Co2+ foram as responsáveis pela atividade catalítica dos materiais. O mecanismo de degradação do azul de metileno ocorre via radicais hidroxila, que pode ser verificado através de alguns fragmentos no espectro de massa (ESI-MS). Os materiais apresentaram forte potencial para descoloração e mineralização do azul de metileno em meio aquoso.