Reatividade química da superfície da calcopirita e mecanismo de separação da mistura etanol-água em metal-organic frameworks 

• Autor(a) principal: Guilherme Ferreira de Lima
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-9BDSVE
• topic: Metal-organic framework (MOF); Calcopirita; Interação de van der Waals; Density functional theory (DFT); Química inorgânica; Calcopirita; Materiais porosos; Compostos organometalicos

A descrição da reatividade química na interface sólido/líquido é um desafio para a simulação computacional e a modelagem molecular. Nesta tese, dois processos químicos que ocorrem na interface sólido/líquido, de extrema importância científica e tecnológica foram investigados: a reatividade química da calcopirita e a separação água/álcool através de uma metal-organic framework [MOF]. Calcopirita é um sulfeto de ferro e cobre (CuFeS2) de grande importância econômica por ser a principal fonte de cobre do planeta. A lixiviaçãc lenta desse minério tem intrigado pesquisadores que buscam compreender o seu mecanismo molecular. A primeira etapa desse processo foi investigada e consiste na reconstrução das superfícies da calcopirita e sua interação com moléculas de água e de íons presentes na solução lixiviante. Superfícies terminadas em enxofre se reconstroem formando grupos dissultetos (S2 ind2-), enquanto que superfícies terminadas em metais se reconstroem formando uma liga metálica bidimensional Moléculas de água adsorvem-se na calcopirita através da formação de uma ligação covalente com átomos de Fe. A adsorção de HCl e das diferentes espécies do H2SO4 ocorre através da ligação covalente dos ánions derivados dos ácidos com o Fe na superfície do mineral. O impacto destes resultados para a compreensão do mecanismo de reação foi discutido. 0 mecanismo de separação da mistura etanol/água na MOF Zn2(BDC);(TED) [BDC: benzeno-l,4-dicarboxilato, TED: trietilenodiamino] também foi investigado nesta tese. Esse material possui potencial de aplicação 11a produção do bioetanol e teria profundo impacto na matriz energética brasileira. A modelagem desse sistema, contudo, esbarra em diversos desafios teóricos como a descrição de interações fracas e a escolha de modelos adequados. Cálculos DFT e um modelo periódico da MOF permitiram identificar o mecanismo de separação dos constituintes da mistura A combinação de sítios hidrofílicos e hidrofóbicos próximos explicam a seletividade do material por etanol em detrimento de água através da combinação de ligações de hidrogênio com interação de van der Waals da cadeia alquílica do álcool.