Avaliação do efeito sinérgico entre metais: óxidos de ferro magnéticos dopados com terra rara como potenciais catalisadores redox
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Universidade Federal de Lavras
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Programa de Pós-Graduação Multcêntrico em Química
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
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Resumo
Os óxidos de ferro são utilizados como catalisadores e adsorventes para remoção de compostos orgânicos e inorgânicos, em meio aquoso. Dentre os óxidos de ferro, pode-se destacar a magnetita, maghemita, goethita e hematita. Com o intuito de aumentar a atividade catalítica dos catalisadores, os óxidos de ferro são modificados com outros metais. Dentre os metais utilizados para essa finalidade tem-se o cério, que apresenta alto potencial redox e vacâncias de oxigênio presentes na superfície do óxido, proporcionando que o ciclo redox do Fe 2+ /Fe 3+ e Ce 3+ /Ce 4+ sejam repetidos e assim aumentar a atividade catalítica dos materiais. Além disso, o cério apresenta grande afinidade com compostos constituídos de enxofre, nitrogênio e oxigênio, assim, favorecendo a remoção dos contaminantes orgânicos. Neste trabalho, foram preparados óxidos de ferro com protocolo de síntese para obtenção da fase magnetita dopada com Ce 3+ , para avaliar o efeito da dopagem no processo de nucleação, formação e possível transição de fase entre óxidos bimetálicos de Fe-Ce. Os catalisadores foram aplicados para a degradação do composto modelo azul de metileno. Além disso, outra rota de síntese foi preparada para obtenção da fase magnetita dopada com Ce 4+ para criação de vacâncias e aplicados como catalisadores para a degradação da molécula modelo vermelho reativo. Os materiais foram submetidos às caracterizações química, morfológica e estrutural pelas análises FTIR, Raman, TG, DSC, XRD, TPR, XPS, Mössbauer, isotermas de adsorção-dessorção de N2, SEM/EDS e ICP-OES. Os óxidos de ferro dopados com Ce 3+ e Ce 4+ foram identificados, como óxidos mistos constituído das fases magnetita e goethita. Os experimentos foram submetidos ao design experimental (temperatura, concentração de composto orgânico, massa de catalisador e volume de oxidante) e foram fundamentais para otimização das condições experimentais. O catalisador FexCe0,1O (dopado com Ce 3+ ) apresentou resultados satisfatórios para degradação do azul de metileno comparado a magnetita pura, um fator dependente para o processo foi a temperatura. O catalisador FexCe0,1O (dopado com Ce 3+ ) apresentou potencial de (97%) para degradação do corante azul de metileno. O catalisador FexCe0,2(IV)O (dopado com Ce 4+ ) apresentou resultados satisfatórios para degradação do vermelho reativo comparado a magnetita pura. O catalisador FexCe0,2(IV)O apresentou potencial de (92%) para degradação do corante vermelho reativo. E além disso, o material desenvolvido apresentou potencial para a adsorção do vermelho reativo. Os catalisadores desenvolvidos apresentaram resultados satisfatórios para a remoção desses compostos orgânicos em meio aquoso.
Abstract
Iron oxides are used as catalysts and adsorbents to remove organic and inorganic compounds in water. Among the oxides are magnetite, maghemite, goethite and hematite. In order to increase the catalysis action, iron oxides are modified by other metals such as Cerium with high redox potential and Oxygen vacancies at the oxide surface, allowing the redox cycle of Fe 2+ /Fe 3+ and Ce 3+ /Ce 4+ to be repeated and, therefore, increase the catalytic potential. In addition, Cerium has large affinity to Sulfur, Nitrogen and Oxygen compounds increasing, therefore, removal of organic contaminants. At this research, iron oxides were prepared using the synthetic protocol to obtain the magnetite phase doped with Ce +3 , in order to evaluate doping effects at nucleation process, formation and possible phase transition among the bi-metalic Fe-Ce oxides. The catalysts were applied in order to degrade the methylene blue compound. Besides that, another synthesis route was performed with magnetite doped with Ce 4 + to create vacancies and be used as catalysts to degrade the reactive red model molecule. All products were characterized chemically, morphological and structural through analysis such as FTIR, Raman, XRD, TG, DSC, TPR, XPS, Mössbauer, adsorption-desorption N2 isotherms and ICP-OES. The doped iron oxides by Ce 3+ and Ce 4+ were identified as mixed oxides formed by magnetite and goethite phases. The products were submitted to the experimental design (temperature, organic compound concentration, catalytic mass and oxidant volume) and they were very important to optimize the experimental conditions. The catalyst FexCe0,1O (doped with Ce 3+ ) presented satisfactory results to degrade the methylene blue when compared to pure magnetite; temperature was the dependent factor for this process. The catalyst presented the potential of 97% to degrade the methylene blue. The catalyst FexCe0,2(IV)O (doped with Ce 4+ ) presented the potential of 92% to degrade the reactive red dye. In addition, the products developed at this research can potentially adsorb red reactive. They were very active to remove organic compounds in water.
Descrição
Arquivo retido, a pedido da autora, até março 2022.
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Citação
LIMA, M. M. M. Avaliação do efeito sinérgico entre metais: óxidos de ferro magnéticos dopados com terra rara como potenciais catalisadores redox. 2019. 190 p. Tese (Doutorado Multicêntrico em Química)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.