Emprego de catalisadores baseados em óxidos de ferro e nióbio na reação de Fenton: efeito da razão Nb/Fe

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Físico-Química

Autores

Ferreira, J.S. (INSTITUTO FEDERAL DA BAHIA) ; Martins, A.R. (INSTITUTO FEDERAL DA BAHIA)

Resumo

Foram desenvolvidos catalisadores baseados em óxidos de nióbio e ferro, avaliando o efeito da razão Nb/Fe nas propriedades físico-químicas e atividade desses catalisadores na remoção/degradação do corante azul de metileno. Além disso, o trabalho teve como objetivo desenvolver conhecimento sobre as propriedades catalíticas do nióbio. Na preparação dos catalisadores, os precursores foram misturados e calcinadas a 400 °C. Em seguida, os sólidos foram caracterizados por medida de ponto de carga zero (PCZ) e avaliados na reação de Fenton. Foi observado que o aumento do teor de ferro favoreceu a atividade dos catalisadores.

Palavras chaves

Reação de Fenton; Óxido de ferro; Óxido de nióbio

Introdução

Ao longo dos séculos, a natureza, e principalmente a vida aquática, vem sendo drasticamente afetada por atividades antrópicas. A contaminação dos ecossistemas aquáticos são causados por despejos de compostos orgânicos nesse meio (OLIVEIRA, 2013). A forte coloração na superfície dos rios, provenientes de corantes de indústrias têxteis, dificulta a entrada de luz solar, impedindo processos de fotossíntese e oxigenação na água, acarretando na morte das plantas e animais (NOGUEIRA, 2010). O excesso de carga orgânica, eleva a demanda bioquímica de oxigênio,para a formação de nutrientes que são aproveitados plantas em seu desenvolvimento, contribuindo para a diminuição do oxigênio presente. Logo, quando em altas concentrações, tais nutrientes favorecem a proliferação de algas e plantas aquáticas deixando o ambiente eutrofizado (RODRIGUES, et al. 2009). Possibilitando a descontaminação do meio aquático, há uma constante busca por processos que possam remover o mesmo de forma eficiente e de baixo custo. Assim, o sistema fenton, consiste na degradação dos compostos orgânicos por radicais hidroxilas que possuem eleva capacidade de oxidação (OLIVEIRA, 2013). Estes são gerados a partir da decomposição do peróxido de hidrogênio em reações catalisadas(MORAIS, 2012), geralmente, por metais com propriedades redutoras como o Fe2+, esse íon possibilita a transferência de elétrons na reação, acelerando o processo de decomposição (AGUIAR, et al. 2007). Serão desenvolvidos catalisadores baseados em óxido de ferro e nióbio, investigando a influência nas razões Fe/Nb, na atividade catalítica dos sólidos pela degradação do corante azul de metileno (AM), além de obter conhecimento sobre as propriedades da nióbia como catalisador e suporte.

Material e métodos

A preparação dos catalisadores ocorreu por mistura mecânica utilizando uma solução de oxalato amoniacal de nióbio e nitrato de ferro III. Foram sintetizadas cinco amostras com diferentes razões molares de Nb/Fe (0,5; 0,7; 1,0; 2,0 e 10) e duas amostras com óxido de nióbio e ferro puro (Nb e Fe respectivamente). Foi adicionado acetato de amônio em uma proporção molar de 2:1 em relação ao ferro (Ac/Fe2,0). As soluções foram submetidas a agitação e aquecimento a 60ºC, até secagem. Em seguida, ficaram em estufa por 24 h com temperatura de 120 °C. Os sólidos foram calcinados em 400 °C por 2 h. Os testes de remoção e adsorção foram realizados em sistema de batelada a uma temperatura de 22 °C ± 1 °C e avaliados a partir do decréscimo da absorbância do azul de metileno (AM) a 10 mg.L -1 em função do tempo de exposição do sólido em solução (15, 30, 45, 60, 90, 120, 150 e 180 min), no comprimento de onda de 663 nm, seguida de 10 min de centrifugação a 1500 rpm. Para os testes de adsorção, foram utilizados 100 mg de sólido e 50 mL de solução do AM a 10 mg.L -1. A quantidade do azul de metileno adsorvida e removida pelo sólido (mg) foi determinada de acordo com GONÇALVEZ(2008). Para os testes de remoção foram utilizados 100 mg dos sólidos, 50 mL de AM a 10 mg.L-1 e 1 mL de peróxido de hidrogênio a 30 % (v/v). Quando necessário, foram acrescentados mais 10 min de centrifugação devido à intensa turbidez diluição dos óxidos em solução. A remoção foi determinada a partir da discrepância relativada da absorbância no tempo 0 e no tempo t e a oxidação pela diferença entre o processos de remoção e adsorção.

Resultado e discussão

A quantidade do AM adsorvida (mg) está representada na Figura 1. A capacidade inicial de adsorção aumentou com o teor de ferro. Por outro lado, o sólido com óxido de nióbio puro apresentou valores iniciais de adsorção mais altos.O pH do meio reacional pode influenciar na atividade de adsorção dos materiais (GONÇALVES, 2008). Quando o pH da solução (5,39) for maior que o PCZ do material, a adsorção para o AM será favorecida, devido ao aumento de cargas negativas em sua superfície, o que justifica a adsorção mais elevada para NbFe-0,5 e 0,7(PCZ 3,9 e 4,3 respectivamente) e um menor desempenho para as amostras NbFe-1, 2 e 10 (PCZ 6,4, 7,4 e 7,1 respectivamente), nestes, o pH da solução se encontra menor que seu PCZ. A curva de remoção AM é apresentada na Figura 2. Todas as amostras foram ativas. As amostras Nb com maior teor de ferro (Nb/Fe 0,5 e 0,7) apresentaram descoloração acima de 80%, atingindo o equilíbrio após 30 min. As amostras com razão Nb/Fe 1, 2 e 10, atingiram valores mais elevados no tempo de 180 min. Entre sólidos as razões 0,5 e 0,7 e Nb apresentaram os melhores resultados de remoção. O aumento do teor de ferro favoreceu na remoção do corante, embora a amostra Fe apresentasse o pior resultado (menos de 30%), isso indica que a adição da Nb pode ter favorecido seus desempenhos catalíticos. Por outro lado, as amostras Nb/Fe 10, 2 e 0,5 apresentaram os melhores resultados de oxidação, mostrando um comportamento não linear na relação Nb/Fe e a atividade catalítica. FeNbO4 apresentam ferro de valência mista de cátions Fe2+ e Fe3+. Fe2+ libera radicais (-OH) em solução. Foi verificado que, o cátion Nb5+ , na presença de peróxido de hidrogênio, forma radicais peróxido adsorvidos, contribuindo para uma elevada atividade (GNANASEKAR, 1999).

Conclusões

Neste trabalho foram produzidos sólidos baseados em óxidos de ferro e nióbio, caracterizados e avaliados na reação Fenton. A diminuição da razão Nb/Fe favoreceu a remoção do corante azul de metileno. Além disso, o óxido de nióbio puro apresentou elevada atividade de remoção e oxidação enquanto que o ferro puro não apresentou resultados satisfatórios. Todos os sólidos contendo nióbio apresentaram excelente atividade, com teor de remoção acima de 80%.

Agradecimentos

Os autores agradecem à PRPGI pelo apoio financeiro e a profa Alexilda Oliveria (UESB) pelo apoio técnico.

Referências

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