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metadata.teses.dc.title: Óxidos de ferro nanoestruturados parcialmente substituídos: efeito do íon isomórfico na degradação de compostos orgânicos
metadata.teses.dc.title.alternative: Partially replaced nanoestrutured iron oxides: effect of isomorphic ion on the degradation of organic compounds
metadata.teses.dc.creator: Caetano, Aline Aparecida
metadata.teses.dc.creator.Lattes: http://lattes.cnpq.br/0813109490677436
metadata.teses.dc.contributor.advisor1: Guimarães, Iara do Rosário
metadata.teses.dc.contributor.advisor-co1: Chagas, Pricila Maria Batista
metadata.teses.dc.contributor.referee1: Nogueira, Francisco Guilherme Esteves
metadata.teses.dc.contributor.referee2: Pereira, Cristiane Alves
metadata.teses.dc.subject: Óxidos de ferro
Substituição isomórfica
Catálise
Oxidação de compostos orgânicos
Iron oxides
Isomorphic substitution
Catalysis
Oxidation of organic compounds
metadata.teses.dc.date.issued: 10-Apr-2019
metadata.teses.dc.description.sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
metadata.teses.dc.identifier.citation: CAETANO, A. A. Óxidos de ferro nanoestruturados parcialmente substituídos: efeito do íon isomórfico na degradação de compostos orgânicos. 2019. 77 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.
metadata.teses.dc.description.resumo: As diferentes aplicações de materiais baseados em óxidos de ferro estão diretamente relacionadas com as dimensões e morfologias de suas estruturas. A presença de um segundo metal na estrutura destes óxidos pode promover modificações no arranjo cristalino interessantes, capazes de incrementar a sua atividade catalítica em processos de oxidação química. Além disso, maior estabilidade e dispersão destes óxidos podem ser alcançadas pela combinação com materiais poliméricos. Neste trabalho, realizou-se a síntese de óxidos de ferro estabilizados por quitosana (QSFe) e isomorficamente substituídos por íons Cu 2+ (QSFeCu5, QSFeCu10, QSFeCu15). Os compósitos foram sintetizados em formato esférico, o que facilitou o processo de reutilização. As esferas foram submetidas a tratamento térmico sob atmosfera de N2 para eliminação da matriz orgânica e formação de fase ativa. As caracterizações químicas, morfológicas e estruturais dos materiais foram realizadas empregando diferentes análises. A substituição isomórfica do Fe por íons Cu in situ foi verificada sobretudo, por meio de Difratometria de Raios X (XRD) e Espectroscopia Mössbauer. O potencial catalítico dos materiais foi avaliado a partir dos testes de evolução de O2 e degradação do corante azul de metileno (AM). Os materiais substituídos apresentaram características morfológicas e cristalinas bem diferentes do compósito QSFe. Isso foi atribuído a identificação de diferentes fases de óxidos de ferro presentes nas esferas, em que o material QSFe apresentou como fase majoritária a goethita (α-FeOOH). Com o aumento no teor do íon isomórfico, a fase predominante formada foi a magnetita (Fe3O4). O perfil de decomposição do peróxido de hidrogênio (H2O2) sugere um mecanismo combinado de ativação de peróxido de hidrogênio, com predominância de sítios vacantes. A atividade catalítica dos materiais substituídos (QSFeCux) na degradação do AM foi superior à do material não substituído (QSFe), corroborando os dados de decomposição de H2O2 e evidenciando a importância do Cu como substituinte. O material QSFeCu10, com 10% de Fe 3+ substituído por Cu 2+ (relação mol/mol), foi capaz de degradar o corante modelo em mais de 92% após a otimização das variáveis experimentais. Os catalisadores isomorficamente substituídos se mostraram mais estáveis quanto a liberação das fases ativas de Fe e Cu, com baixos teores de lixiviação, inferindo que o processo catalítico ocorre exclusivamente em fase heterogênea. Nenhuma adsorção significativa foi observada, sendo a remoção essencialmente por degradação da molécula. Estudos sobre o tempo de vida do compósito apontam para possibilidade de utilização em diferentes ciclos consecutivos, o que evidencia ausência de envenenamento catalítico e perda significativa de atividade. Dessa forma, a incorporação de Cu nas esferas QSFe apresenta-se como um promissor material para oxidação de contaminantes orgânicos, que associa robustez e atividade catalítica.
metadata.teses.dc.description.abstract: The different applications of materials based on iron oxides are directly related to the dimensions and morphologies of their structures. The presence of a second metal in the structure of these oxides can promote interesting modifications in the crystalline arrangement, capable of increasing its catalytic activity in chemical oxidation processes. In addition, greater stability and dispersion of these oxides can be achieved by combining with polymeric materials. In this work, the synthesis of iron oxides stabilized by chitosan (QSFe) and isomorphically replaced by Cu 2+ ions (QSFeCu5, QSFeCu10, QSFeCu15) was performed. The composites were synthesized in spherical format, which facilitated the reuse process. The beads were subjected to heat treatment under N2 atmosphere to eliminate the organic matrix and formation of active phase. The chemical, morphological and structural characterization of the materials were carried out using different analyzes. The isomorphic substitution of Fe by Cu in situ was verified mainly by means of XRD and Mössbauer Spectroscopy. The catalytic potential of the materials was evaluated from O2 evolution tests and methylene blue (AM) dye degradation. The substituted materials showed very different morphological and crystalline characteristics of the QSFe composite. This was attributed to the identification of different phases of iron oxides present in the spheres, in which the QSFe material presented goethite (α-FeOOH) as the major phase. With the increase in the isomorphic ion content, the predominant phase formed was magnetite (Fe3O4). The decomposition profile of hydrogen peroxide (H2O2) suggests a combined mechanism of hydrogen peroxide activation, with a predominance of vacant sites. The catalytic activity of the substituted materials (QSFeCux) in the AM degradation was higher than that of the non-substituted material (QSFe), corroborating the H2O2 decomposition data and evidencing the importance of the Cu as substituent. Material QSFeCu10, with 10% Fe 3+ replaced by Cu 2+ (mol/mol ratio), was able to degrade the model dye by more than 92% after optimization of the experimental variables. The isomorphically substituted catalysts showed to be more stable as the release of the active phases of Fe and Cu, with low levels of leaching, inferring that the catalytic process occurs exclusively in heterogeneous phase. No significant adsorption was observed, the removal being essentially by degradation of the molecule. Studies on the life of the composite indicate the possibility of use in different consecutive cycles, which shows the absence of catalytic poisoning and significant loss of activity. Thus, the incorporation of Cu in the QSFe spheres presents a promising material for the oxidation of organic contaminants, which associates robustness and catalytic activity.
metadata.teses.dc.description: Arquivo retido, a pedido da autora, até abril 2020.
metadata.teses.dc.identifier.uri: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/33504
metadata.teses.dc.publisher: Universidade Federal de Lavras
metadata.teses.dc.language: por
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