Preparação e caracterização de compósitos binários e ternários compostos de RuO2, TiO2 e FeOx para serem utilizados como catalisadores da reação de Fenton

• Main Author: Pereira, Nathália Marcelino
• Other Authors: Zanta, Carmem Lúcia de Paiva e Silva
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Alagoas 2015
• Subjects: Engenharia Química; Compósitos de Ru; Catalisadores; Fenton heterogêneo; Composites Ru; Catalysts; Heterogeneous Fenton; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
• Online Access: http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/1192

Synthetic dyes are one of the highest pollutants of water resources, when disposed improperly they can cause a lot of damage to the aquatic ecosystems and the human health. Alternative processes to the degradation of such effluents, as Advanced Oxidation Processes (AOPs), are gaining more prominence. They are non-selective, do not produce residues and have a high rate of oxidation. Among the AOPs, the Fenton reaction is the most promising. However, there is still a great limitation for industrial application due to the small range of pH when the reaction occurs, and the large amount of sludge [Fe(OH)x] generated at the end of the process. To overcome these limitations, an alternative is the use of solid catalysts containing iron. This study proposes the development of composites based on RuO2, TiO2 and FeOx for use as catalysts in the Fenton reaction. The yellow sun dye was used as the pollutant model. The catalysts were deposited on a support of titanium by thermal decomposition. The catalysts were synthesized with ternary compositions (containing 10, 20, 40 and 60% of iron) and with binary compositions (containing 70% of iron), where materials were developed containing only Fe and Ru and containing only Fe and Ti. The efficiency and stability of these catalysts were evaluated, as well as the way how these materials are affected when there are changes during the synthesis process. The parameters analyzed were O2 injection during the calcination, increasing the calcination temperature and catalyst mass. The catalysts have been characterized by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray analysis (EDX). The compositions containing 40, 60 and 70% of Fe were efficient in the oxidation of the chromophore group of the dye, with degradation rate of 80.13%, 90.03% and 75.41% (with Ru) and 60.39% (with Ti), respectively. The compositions with low proportions of Fe (10 and 20%) did not have good results, the decolorization rate was 3.53% and 27.81% respectively. The MEV analysis showed similar results for all the compositions, with mud-cracked surface as predominant surface. The EDX analysis data indicates uneven surfaces on the composition for all the studied catalysts. Some catalysts compositions showed efficiency, but the low stability of these materials promotes its phasing out. === Os corantes sintéticos são um dos maiores poluentes de recursos hídricos, quando despejados de forma inadequada causam uma série de danos aos ecossistemas aquáticos e à saúde humana. Métodos alternativos para a degradação desse tipo de efluente, como os processos oxidativos avançados (POA’s), vêm ganhando cada vez mais destaque. Estes são processos limpos, não seletivos e possuem alto poder de oxidação. Dentre os POA’s, a reação de Fenton é o mais promissor. No entanto, há ainda uma grande limitação para sua aplicação industrial devido à pequena faixa de pH para a reação e à grande quantidade de lama [Fe(OH)x] gerada ao final do processo. Para superar essas limitações, uma alternativa é o uso de catalisadores sólidos contendo ferro. O presente trabalho propôs desenvolver compósitos a base de RuO2, TiO2 e FeOx para serem utilizados como catalisadores da reação de Fenton. O corante amarelo sol foi o poluente modelo. Os catalisadores foram depositados em um suporte de titânio expandido mediante decomposição térmica. Foram sintetizados catalisadores com composições ternárias, contendo 10, 20, 40 e 60 % de ferro, e catalisadores com composições binárias, com 70% de ferro, onde foram desenvolvidos materiais contendo apenas Fe e Ru e materiais contendo apenas Fe e Ti. A eficiência e a estabilidade desses catalisadores foram avaliadas, e o modo como esses materiais são afetados quando alguns parâmetros durante o processo de síntese são alterados também foi investigado. A injeção de O2 durante o procedimento de calcinação, o aumento da temperatura de calcinação e o aumento da massa do catalisador foram os parâmetro estudados. Os catalisadores foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por energia dispersiva de raios X (EDX). As composições contendo 40, 60 e 70% de Fe foram eficientes na oxidação do grupamento cromóforo do corante, apresentando 80,13%, 90,03% e 75,41% (com Ru) e 60,39% (com Ti) de degradação, respectivamente. Já as composições catalíticas com baixas proporções de ferro, 10 e 20%, não tiveram bons resultados, sendo a remoção de cor de apenas 3,53% e 27,81% respectivamente. As análises por MEV apresentaram resultados bem similares para todas as composições, onde a superfície prioritária foi a de barro-rachado. Os dados obtidos por EDX indicam superfícies não uniformes quanto à composição para todos os catalisadores estudados. Para os parâmetros avaliados, nenhum contribuiu de forma significativa no aumento da eficiência e da estabilidade dos catalisadores. Algumas composições catalíticas se mostraram eficientes, mas apresentaram baixa estabilidade, promovendo a gradual desativação dos catalisadores.