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http://hdl.handle.net/1843/32590| Type: | Dissertação |
| Title: | Desenvolvimento de compósitos contendo nitreto de carbono grafítico e um rejeito da mineração de ferro e suas aplicações catalíticas em remediação ambiental |
| Authors: | Hudson de Aguiar Bicalho |
| First Advisor: | Rochel Montero Lago |
| First Co-advisor: | Ana Paula de Carvalho Teixeira |
| First Referee: | Luiz Carlos Alves de Oliveira |
| Second Referee: | Camila Costa de Amorim |
| Abstract: | Nesse trabalho, novos compósitos baseados em nitreto de carbono grafítico e em um rejeito da mineração de ferro, rico em hematita e goethita, foram sintetizados a partir do aquecimento, a 550 ºC, de uma mistura contendo porcentagens mássicas de 1, 5, 10 e 20% do rejeito, relativas à massa inicial do precursor melamina. A partir dos resultados de caracterização dos materiais, foi verificado que o processo de polimerização da melamina, para formação do g-C3N4, levou à modificação das fases de ferro do rejeito, de tal modo que os compósitos apresentaram majoritariamente em sua constituição, uma mistura de fases hematita e maghemita. Os resultados de caracterização também indicaram a presença de defeitos estruturais na matriz carbonácea, o que levou à fragmentação das nanofolhas do g-C3N4, favorecendo o aumento das áreas superficiais específicas dos compósitos. Esses materiais foram, primeiramente, aplicados como catalisadores em reações de degradação do poluente orgânico modelo Rodamina B, a partir de um processo do tipo-Fenton heterogêneo, e mostraram atividades catalíticas consideravelmente superiores aos seus constituintes isolados, indicando a presença de um efeito sinérgico entre o g-C3N4 e o rejeito da mineração de ferro. Em seguida, esses catalisadores foram testados quanto à capacidade de degradação do contaminante emergente acetaminofeno, em reações de ativação de peroxomonossulfato, onde novamente foram vistas performances catalíticas superiores, quando comparados aos seus materiais constituintes. O melhor catalisador, denominado 20RjCN, foi capaz de degradar cerca de 90% da solução de acetaminofeno em apenas 20 minutos, e apresentou elevada estabilidade química em testes de reuso, sendo aplicado em cinco ciclos catalíticos consecutivos, sem demonstrar perda de atividade catalítica considerável. Estudos de capturadores de espécies orgânicas foram feitos, e descobriu-se que diversas espécies, como SO4·-, ·OH, ·O2- e 1O2, estão envolvidas no processo de degradação do acetaminofeno. Por fim, foi proposto um mecanismo de degradação desse contaminante, que envolve etapas oxidativas sucessivas, até a abertura do anel benzílico, e o colapso da estrutura, formando intermediários de baixa massa molecular, que serão convertidos, ao fim do processo, em CO2 e água. |
| Abstract: | In this work, new composites based on graphitic carbon nitride and an iron mining waste, rich in hematite and goethite, were synthesized through the calcination at 550 ºC of a mixture containing mass percentages of 1, 5, 10 and 20% of the waste, related to the initial mass of melamine. Based on the characterization results of the materials, it was observed that the melamine polymerization, which produces the g-C3N4, led to the modification of the iron phases from the waste, in such a way that the composites showed predominantly in their composition a mixture of hematite and maghemite phases. The characterization results also displayed the occurrence of structural defects in the carbonaceous matrix, causing the fragmentation of the g-C3N4 and favoring the increase of the specific surface area in the composites. These material were then applied as catalysts in the degradation reaction of the model organic pollutant Rhodamine B, through a heterogeneous Fenton-type process, and showed enhanced catalytic activities when compared to their separated constituents, which indicates a synergistic effect between the g-C3N4 and the iron mining waste. Then, these catalysts were applied for the degradation reaction of the emerging contaminant acetaminophen, through the peroxymonosulfate activation process, in which the composites displayed, once again, enhanced catalytic performances, when compared to the g-C3N4 and to the iron mining waste. The material that showed the best catalytic activity, named 20RjCN, was capable to degrade almost 90% of the acetaminophen in solution in only 20 minutes of reaction, and also displayed high chemical stability, being applied in five consecutive catalytic cycles, without showing any appreciable catalytic activity loss. Scavenging of oxygen reactive species were performed, and it was found that several species, e.g. SO4·-, ·OH, ·O2- e 1O2, were involved in the acetaminophen degradation process. Lastly, it was proposed a degradation mechanism of this contaminant, which would occur through successive oxidation steps, causing the opening of the benzylic ring and the collapse of the structure, leading to the formation of low molecular intermediates that would be converted, at the end of the reaction, to CO2 and water. |
| Subject: | Química inorgânica Nitreto de carbono Rejeito Peroxomonossulfato Acetaminofeno Óxido de ferro |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Química |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/32590 |
| Issue Date: | 16-Dec-2019 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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