Development of LaBO3 (B = Fe, Co, Cu, and Fe+Cu) perovskite catalysts froma citrate an hard-template-based nanocasting methods for water remediation through advanced oxidation processes

Abstract

O rápido crescimento industrial, combinado com o aumento da população, têm ocasionado uma demanda sem precedentes pelo fornecimento de água de forma segura, confiável e econômica, o que se tornou um dos maiores desafios do século XXI. Em particular, a aplicação de perovskitas à base de La para remediação ambiental tem recebido atenção especial devido à sua excelente estabilidade térmica e versatilidade, que favorecem sua utilização em processos catalíticos. No entanto, esses materiais exibem uma baixa área superficial específica, inerente de seus processos de síntese em elevadas temperaturas, que pode afetar negativamente seu desempenho catalítico. Neste sentido, o desenvolvimento de perovskitas mesoporosas para tratamento de água tem atraído bastante atenção. Na primeira parte deste trabalho, foram produzidas perovskitas do tipo LaBO3 alterando o metal de transição presente no sítio B por Cu, Fe, Co e uma combinação de Cu e Fe. Esses materiais foram produzidos pelo método convencional citrato, com especial atenção à questão ambiental, evitando o uso de solventes orgânicos. O comportamento catalítico das perovskitas foi avaliado utilizando reações do tipo Fenton e reações baseadas em geração de radical sulfato para a degradação do corante azul de metileno. A razão molar catalisador/poluente, pH da solução, tipo de oxidante (H2O2 ou PMS) e sua concentração também foram avaliados. Foi observado que a co-dopagem das perovskitas com Cu e Fe resultou em amostras com melhor desempenho catalítico, atingindo uma taxa de reação (kapp) de 0,25 min-1, apesar de sua baixa área superficial específica (5,9 m2.g-1). Esta melhor atividade catalítica foi atribuída a uma sinergia de fatores, incluindo a formação de lacunas de oxigênio na rede cristalina e propriedades redox dos elementos constituintes. Na segunda parte deste trabalho, foram produzidas perovskitas mesoporosas do tipo La(Cu+Fe)O3 por meio do método nanocasting utilizando a sílica mesoporosa SBA-16 como template. A influência da mesoporosidade nas propriedades estruturais e catalíticas destes materiais foi investigada. Verificou-se que a estrutura mesoporosa aumentou em dez vezes a área superficial específica dessas perovskitas. Pela primeira vez reportado na literatura, o desempenho catalítico foi avaliado utilizando reações baseadas em geração de radicais sulfato para a degradação da doxorrubicina, agente quimioterápico amplamente utilizado. O significativo aumento no desempenho catalítico sugere que catalisadores eficientes para tratamento de água podem ser obtidos otimizando-se a mesoporosidade do material.