Nanopartículas metálicas depositadas em suportes inorgânicos : uma combinação eficiente para a preparação de novos catalisadores para a redução de poluentes orgânicos ambientais
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMT |
Texto Completo: | http://ri.ufmt.br/handle/1/4138 |
Resumo: | The compound 4-nitrophenol (4-NP) is widely used as a raw material in the production of pesticides, herbicides and synthetic dyes and it is a very common organic pollutants in industrial effluents. This compound is highly toxic even at trace levels and it has high solubility and stability in aqueous media as well as other phenolic derivatives, however it is important to convert it to less toxic products. Several methods have been described in the literature for the removal of 4-NP, including catalytic hydrogenation employing metal nanoparticle as catalysts. By this method, the reaction is conducted under mild conditions at room temperature and it use water as the solvent, in addition, there is the possibility of reuse of the catalyst making the process eco-friendly. Metal nanoparticles exhibit excellent catalytic activity, however, they require stabilizing agents (for example: surfactants or solid supports) to maintain the stability and prevent their aggregation. Thus, in this study hybrid catalysts based on metal nanoparticles and inorganic supports were used in the reduction reaction of 4-NP to 4-aminophenol (4-AP). Hybrids based on gold metal nanoparticles (AuNPs) and iron (III) oxihydroxide (AuNPs/FeOOH); and silver nanoparticles (AgNPs) and layered nitrate zinc (AgNPs/ZHL) were prepared. The synthesis of the nanoparticles was performed by means of in situ reduction reaction of the metal precursors. For the AgNPs/ZHL hybrid, the Ag+ ions were reduced without the use of external reducing agent only employing ethyl alcohol both as solvent and reducing agent in the presence of ZHL support and visible light. Several characterization techniques were used for study the hybrids and the results indicated the presence of metallic nanoparticles with spherical morphology adsorbed on the surface of the inorganic hosts. So, the catalytic activity of the hybrids materials were investigated by the reduction reaction of 4- NP to 4-AP in the presence of sodium borohydride (NaBH4) at room temperature. The hybrids presented excellent catalytic activity with 4-NP total reduction reaction time of 4 min and 5 min for the AgNPs/ZHL and AuNPs/FeOOH catalysts, respectively, both catalysts with higher amounts of metallic nanoparticles. The results also indicated that the catalysts (AuNPs/FeOOH and the AgNP/ZHL) used in this work are promising materials for the remediation of environmental organic pollutants. Moreover, the AgNPs/ZHL hybrids have also the advantage of reuse in various catalytic cycles. |
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Nanopartículas metálicas depositadas em suportes inorgânicos : uma combinação eficiente para a preparação de novos catalisadores para a redução de poluentes orgânicos ambientais.CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA.The compound 4-nitrophenol (4-NP) is widely used as a raw material in the production of pesticides, herbicides and synthetic dyes and it is a very common organic pollutants in industrial effluents. This compound is highly toxic even at trace levels and it has high solubility and stability in aqueous media as well as other phenolic derivatives, however it is important to convert it to less toxic products. Several methods have been described in the literature for the removal of 4-NP, including catalytic hydrogenation employing metal nanoparticle as catalysts. By this method, the reaction is conducted under mild conditions at room temperature and it use water as the solvent, in addition, there is the possibility of reuse of the catalyst making the process eco-friendly. Metal nanoparticles exhibit excellent catalytic activity, however, they require stabilizing agents (for example: surfactants or solid supports) to maintain the stability and prevent their aggregation. Thus, in this study hybrid catalysts based on metal nanoparticles and inorganic supports were used in the reduction reaction of 4-NP to 4-aminophenol (4-AP). Hybrids based on gold metal nanoparticles (AuNPs) and iron (III) oxihydroxide (AuNPs/FeOOH); and silver nanoparticles (AgNPs) and layered nitrate zinc (AgNPs/ZHL) were prepared. The synthesis of the nanoparticles was performed by means of in situ reduction reaction of the metal precursors. For the AgNPs/ZHL hybrid, the Ag+ ions were reduced without the use of external reducing agent only employing ethyl alcohol both as solvent and reducing agent in the presence of ZHL support and visible light. Several characterization techniques were used for study the hybrids and the results indicated the presence of metallic nanoparticles with spherical morphology adsorbed on the surface of the inorganic hosts. So, the catalytic activity of the hybrids materials were investigated by the reduction reaction of 4- NP to 4-AP in the presence of sodium borohydride (NaBH4) at room temperature. The hybrids presented excellent catalytic activity with 4-NP total reduction reaction time of 4 min and 5 min for the AgNPs/ZHL and AuNPs/FeOOH catalysts, respectively, both catalysts with higher amounts of metallic nanoparticles. The results also indicated that the catalysts (AuNPs/FeOOH and the AgNP/ZHL) used in this work are promising materials for the remediation of environmental organic pollutants. Moreover, the AgNPs/ZHL hybrids have also the advantage of reuse in various catalytic cycles.CAPESFAPEMATO composto 4-nitrofenol (4-NP) é amplamente utilizado como matéria-prima na produção de pesticidas, herbicidas e corantes sintéticos, sendo um poluente orgânico muito comum em efluentes industriais. Este composto, assim como os demais derivados fenólicos, é altamente tóxico mesmo a níveis residuais e possui elevada solubilidade e estabilidade em meio aquoso, tornando importante sua conversão a produtos com menor toxicidade. Na literatura são descritos diversos métodos para remoção do 4-NP, entre eles, a hidrogenação catalítica utilizando catalisadores nanoparticulados. Neste método, a reação é conduzida em condições brandas, à temperatura ambiente e utilizando a água como solvente, além disso, existe a possibilidade de reaproveitamento do catalisador tornando o processo ambientalmente favorável. Nanopartículas metálicas possuem excelente atividade catalítica, no entanto, necessitam de agentes estabilizantes ou suportes sólidos para manter a sua estabilidade e impedir a sua agregação. Sendo assim, neste trabalho foram utilizados catalisadores híbridos baseados em nanopartículas metálicas e suportes inorgânicos na reação de redução 4-NP a 4-aminofenol (4-AP), são eles: nanopartículas de ouro (AuNPs) depositadas na superfície do oxihidróxido de ferro (III) (FeOOH) (AuNPs/FeOOH) e nanopartículas de prata (AgNPs) depositadas na superfície externa do hidroxinitrato de zinco lamelar (ZHL) (AgNPs/ZHL). A síntese das nanopartículas foi realizada por meio da reação de redução in situ dos precursores metálicos, sendo que para o híbrido AgNPs/ZHL, os íons Ag+ foram reduzidos sem a utilização de agente redutor externo, utilizando apenas o solvente álcool etílico como agente redutor na presença do suporte ZHL e assistida pela luz visível. Diversas técnicas de caracterização foram empregadas e os resultados obtidos indicaram a formação dos materiais híbridos e a presença de nanopartículas metálicas com morfologia esférica adsorvidas na superfície dos hospedeiros inorgânicos. Em seguida, as propriedades catalíticas dos materiais foram investigadas através da reação de redução do 4-NP a 4-AP na presença de borohidreto de sódio (NaBH4) à temperatura ambiente. Os híbridos apresentaram excelente atividade catalítica com tempo de reação de redução total do 4-NP de 4 min e 5 min para os catalisadores AgNPs/ZHL e AuNPs/FeOOH, respectivamente, com maior quantidade de nanopartículas metálicas. Os resultados também indicaram que os catalisadores, tanto o AuNPs/FeOOH quanto o AgNP/ZHL, empregados neste trabalho, são materiais promissores na remediação de poluentes orgânicos ambientais, no entanto, os híbridos AgNPs/ZHL possuem ainda como vantagem a possibilidade de reutilização do catalisador em diversos ciclos catalíticos.Universidade Federal de Mato GrossoBrasilInstituto de Ciências Exatas e da Terra (ICET)UFMT CUC - CuiabáPrograma de Pós-Graduação em QuímicaQuites, Fernando Júniorhttp://lattes.cnpq.br/9843825072726197Quites, Fernando Júnior064.238.736-23http://lattes.cnpq.br/9843825072726197Leitão, Alexandre Amaral028.178.687-90http://lattes.cnpq.br/9903193115688735064.238.736-23Terezo, Ailton José674.006.399-00http://lattes.cnpq.br/3542217308732577Azevedo, Camila Kauany da Silva2023-06-12T15:55:52Z2017-04-102023-06-12T15:55:52Z2017-02-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisAZEVEDO, Camila Kauany da Silva. Nanopartículas metálicas depositadas em suportes inorgânicos: uma combinação eficiente para a preparação de novos catalisadores para a redução de poluentes orgânicos ambientais. 2017. 77 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Ciências Exatas e da Terra, Cuiabá, 2017.http://ri.ufmt.br/handle/1/4138porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMTinstname:Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)instacron:UFMT2023-06-13T07:00:54Zoai:localhost:1/4138Repositório InstitucionalPUBhttp://ri.ufmt.br/oai/requestjordanbiblio@gmail.comopendoar:2023-06-13T07:00:54Repositório Institucional da UFMT - Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)false |
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The compound 4-nitrophenol (4-NP) is widely used as a raw material in the production of pesticides, herbicides and synthetic dyes and it is a very common organic pollutants in industrial effluents. This compound is highly toxic even at trace levels and it has high solubility and stability in aqueous media as well as other phenolic derivatives, however it is important to convert it to less toxic products. Several methods have been described in the literature for the removal of 4-NP, including catalytic hydrogenation employing metal nanoparticle as catalysts. By this method, the reaction is conducted under mild conditions at room temperature and it use water as the solvent, in addition, there is the possibility of reuse of the catalyst making the process eco-friendly. Metal nanoparticles exhibit excellent catalytic activity, however, they require stabilizing agents (for example: surfactants or solid supports) to maintain the stability and prevent their aggregation. Thus, in this study hybrid catalysts based on metal nanoparticles and inorganic supports were used in the reduction reaction of 4-NP to 4-aminophenol (4-AP). Hybrids based on gold metal nanoparticles (AuNPs) and iron (III) oxihydroxide (AuNPs/FeOOH); and silver nanoparticles (AgNPs) and layered nitrate zinc (AgNPs/ZHL) were prepared. The synthesis of the nanoparticles was performed by means of in situ reduction reaction of the metal precursors. For the AgNPs/ZHL hybrid, the Ag+ ions were reduced without the use of external reducing agent only employing ethyl alcohol both as solvent and reducing agent in the presence of ZHL support and visible light. Several characterization techniques were used for study the hybrids and the results indicated the presence of metallic nanoparticles with spherical morphology adsorbed on the surface of the inorganic hosts. So, the catalytic activity of the hybrids materials were investigated by the reduction reaction of 4- NP to 4-AP in the presence of sodium borohydride (NaBH4) at room temperature. The hybrids presented excellent catalytic activity with 4-NP total reduction reaction time of 4 min and 5 min for the AgNPs/ZHL and AuNPs/FeOOH catalysts, respectively, both catalysts with higher amounts of metallic nanoparticles. The results also indicated that the catalysts (AuNPs/FeOOH and the AgNP/ZHL) used in this work are promising materials for the remediation of environmental organic pollutants. Moreover, the AgNPs/ZHL hybrids have also the advantage of reuse in various catalytic cycles. |
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