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Type: Tese de Doutorado
Title: Compósitos anfifílicos magnéticos contendo ferro e carbono : Síntese,caracterização e aplicações
Authors: Aline Almeida da Silva
First Advisor: Flavia Cristina Camilo Moura
First Referee: Hallen Daniel Rezende Calado
Second Referee: Nelcy Della Santina Mohallem
Third Referee: Ana Cláudia Bernardes Silva
metadata.dc.contributor.referee4: Jose Geraldo de Andrade Pacheco Filho
Abstract: Compósitos anfifílicos magnéticos foram preparados, caracterizados eutilizados como catalisadores em reações bifásicas. Dois grupos distintos de compósitos foram estudados: (i) compósitos produzidos a partir de matrizes sintéticas, sílica e nanoalumina e (ii) compósitos produzidos a partir de lama vermelha (Lv), rejeito industrial rico em Fe. Os compósitos foram produzidos por reação CVD (deposição química de vapor) para deposição de carbono na superfície das matrizes.O caráter anfifílico dos compósitos é consequência da combinação entre a matriz hidrofílica e o recobrimento parcial hidrofóbico de carbono. O caráter magnético é oriundo da formação de fases de ferro reduzidas durante o CVD, i.e. Fe3O4, Fe0 e Fe3C. As matrizes sintéticas foram previamente impregnadas com catalisadores metálicos, Fe ou Fe/Mo, enquanto a Lv foi utilizada pura, por conter cerca de 30% deFe. Na síntese dos compósitos de matrizes inertes, foi utilizado metano como fonte de carbono e variou-se o teor dos catalisadores metálicos, Fe (1 10%) e Mo (0,1 1%). Para os compósitos de Lv foram preparadas duas séries de materiais utilizando-se metodologias diferentes: (i) reação CVD em leito fixo com etanol como fonte de C interrompida em diferentes temperaturas e (ii) reação CVD em leito fluidizado com etileno e/ou acetonitrila como fontes de C e N. Os compósitos foram caracterizados por diversas técnicas: espectrometria de absorção atômica, espectroscopia Mössbauer, difração de Raios X, análise térmica, análise elementar, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão,microanálise por espectroscopia de energia dispersiva e medidas de área superficial específica e porosidade. Observou-se que a fonte de carbono reduz as fases metálicas na superfíce da matriz, com a concomitante deposição de carbono, principalmente como nanotubos e nanofibras. Os compósitos sintetizados se mostraram eficientes na formação e quebra de emulsões e na catálise de reações deoxidação bifásicas. Os compósitos atuam na intensificação da interface e na decomposição do oxidante H2O2 em radicais hidroxilas, HO, pela ação de núcleos de Fe ou Mo via mecanismo Fenton. Os principais contaminantes testados foram tiofeno, dibenzotiofeno e quinolina, compostos característicos do petróleo contendo S ou N. Oscompósitos produzidos foram capazes de remover até 100% desses contaminantes nas condições estudadas. Compósitos produzidos com Lv e etileno e/ou acetonitrila apresentaram elevado teor de C, o que dificultou a ação do Fe na decomposição do H2O2. Portanto, esses compósitos foram aplicados também na adsorção decontaminantes orgânicos emergentes, etinilestradiol e bisfenol A, com eficiências promissores, atingindo capacidade de adsorção de 40 mg g-1.
Abstract: Amphiphilic magnetic composites were prepared, characterized and used as catalytsts for biphasic reactions. Two distinct groups of composites were studied: (i) composites produced from synthetic matrixes, silica and nanoalumina and (ii) composites produced from Red mud (Rm), an industrial iron-rich waste. The composites were synthesized via CVD reaction (chemical vapor deposition) for Cdeposition on the surface of the matrixes. The amphiphilic character of the composites is consequence of the combination of a hydrophilic matrix and a partial hydrophobic carbon coating. The amphiphilic character arises from the reduced iron phases formed during CVD, i.e. Fe3O4, Fe0 and Fe3C. The synthetic matrixes were previously impregnated with metallic catalysts, Fe or Fe/Mo, while Rm was used in its pure form,due to its original iron content around 30%. On the synthesis of the composites with inert matrixes, methane was used as C source and the content of metallic catalysts was ranged: Fe (1 - 10%) and Mo (0.1 1%). For the Rm composites, two series of composites were prepared using different methodologies: (i) CVD reaction in fixed bed with ethanol as carbon source quenched at different temperatures and (ii) CVDreaction in fluidized bed with ethylene and/or acetonitrile as C and N sources. The composites were characterizes by several techniques: atomic absorption spectrometry, Mössbauer spectroscopy, X-ray diffraction, thermal analysis, elemental analysis, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, EDS microanalysis and porosity and specific surface area measurements. It was observed that the carbon source reduces the metallic phases on the matrix surface with the concomitant C deposition mainly as carbon nanotubes and nanofibers. The composites synthesized have shown to be efficient in the formation and break of emulsions and in the catalysis of biphasic oxidation reactions. The composites act on the interface intensification and in the decomposition of H2O2 in hydroxyl radicals (HO) by the action of Fe or Mo nuclei in a Fenton-like mechanism. The oxidation of sulfur and nitrogen organic contaminants was studied via the Fenton mechanism. The main contaminants tested were tiophene, dibenzothiophene and quinoline, compouds characteristic of petroleum containg S or N. Results showed that composites reached100% contaminants removal in the conditions studied. The composites produced with Rm and ethylene and/or acetonitrile presented high C content, which hindered the action of iron in the decomposition of H2O2. These composites were then applied in the adsorption of organic emergent contaminants, ethinylestradiol and bisphenol A withpromising eficiencies, reaching an adsorption capacity of 40 mg g-1.
Subject: Química inorgânica
Oxidação
Residuos
Catálise
Ferro
Nanotubos de carbono
Adsorção
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-A9UJUM
Issue Date: 1-Sep-2014
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