Preparação do espinélio ferrita de zinco para degradação de poluente orgânico por foto-Fenton heterogêneo

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Materiais

Autores

Anchieta, C.G. (UFSM - UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Severo, E.C. (UFSM - UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Mazutti, M.A. (UFSM - UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Kuhn, R. (UFSM - UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Chiavone-filho, O. (UFRN-UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE) ; Foletto, E.L. (UFSM - UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA)

Resumo

Neste trabalho, o óxido espinélio ferrita de zinco (ZnFe2O4) foi sintetizado através do método solvotérmico usando etilenoglicol como solvente. O material foi produzido usando autoclave de aço inox contendo internamente um recipiente de teflon. A temperatura e tempo para a formação do materila foi de 180 oC e 12 h, respectivamente. O produto foi caracterizado por difração de raios-X (DRX) e área superficial (BET). Os testes foto-Fenton foram realizados a temperatura ambiente para a degradação do corante têxtil Vermelho Procion. Os resultados indicaram a formação do material, com alta cristalinidade e estrutura porosa. A área superficial encontrada foi de 16 m2.g-1. A degradação catalítica presentou 95% de remoção de corante em 60 min de reação

Palavras chaves

ferrita de zinco; foto-Fenton; corante

Introdução

Oxidos ternários semicondutores apresentam a forma AB2O4, onde A representa um cátion metálico bivalente, que geralmente ocupa um sítio tetraédrico, e B representa um cátion trivalente ou tetravalente, o qual geralmente ocupa um sítio octaédrico de uma estrutura cúbica. Óxidos bimetalicos como ferrita de zinco(ZnFe2O4) tem despertado interesse devido às suas propriedades magnéticas e alta aplicabilidade em transferência de elétrons fotoinduzidos. Esse material tem sido aplicado como catalisador e suporte de catalisador em diversas reações químicas (Anchieta et al., 2014; Casbeer et al., 2012). Diversas rotas de síntese tem sido empregadas para as ferritas de zinco, incluindo hidrotérmico, solvotérmico, combustão, co-precipitação, sol-gel e assistida por microondas (Zhang et al., 2010; Pradeep et al., 2011). Uma das tecnologias que vem sendo muito utilizada em processos oxidativos avançados é o processo Fenton, o qual tem sido aplicado na descontaminação de efluentes contendo poluentes orgânicos, os quais não são biodegradáveis. O processo Fenton, que envolve a geração de radicais (. OH), é uma tecnologia considerada rápida, eficiente e simples no tratamento de efluentes líquidos. Vários tipos de óxidos e hidróxidos de ferro tem sido utilizados como catalisadores para a decomposição dos compostos poluentes, porém alguns materiais possuem uma baixa atividade catalítica o qual acaba limitando a sua aplicação na reação de Fenton heterogênea(Wang et al., 2014; Zhang t al., 2014). Nesse sentido, o presente trabalho visou produzir partículas de ferrita de zinco pelo método solvotérmico e investigar a sua atividade frente à degradação de uma molécula orgânica de corante através do processo Foto-Fenton heterogêneo.

Material e métodos

Nitrato de ferro (Fe(NO3)3.9H2O) e nitrato de zinco (Zn(NO3)3.6H2O), na proporção 2:1, foram dissolvidos em etilenoglicol, juntamente com 45 mmol de acetato de sódio (CH3COONa) e mantidos sob agitação magnética até obter-se uma solução homogênea. Posteriormente, a solução foi transferida para autoclaves de aço inox, e mantida a 180˚C por 12 h. O produto foi lavado e seco a 110˚C por 24 h. O material foi caracterizado usando um difratometro de raios–X (Rigaku Miniflex 300), com fonte de radiação CuKα a 30kV e 10 mA. Os dados foram coletados de 20-80˚ (2θ), com passo de 0,03˚ e um tempo de contagem de 0,9s. O tamanho médio do cristalito foi determinado através da equação de Scherrer, descrita pela equação D=Kλ∕(β. Cosθ), onde D é o tamanho do cristalito, K é a constante de Scherrer (0.90), λ o comprimento de onda da radiação de raios-X, (1,5418Å para CuKα), β é a largura a meia altura do pico com maior intensidade e θ refere-se a posição do pico. A análise de adsorção∕dessorção de N2 a 77 K foi realizada a fim de obter a área superficial e propriedades dos poros, utilizando um instrumento ASAP 2020. Os experimentos de degradação catalítica foram conduzidos em um béquer de 100 mL. Partículas de ZnFe2O4 (0,5 g.L-1) foram dispersas em 50 mL de solução de Vermelho de Procion, seguido do ajuste do pH a 3. A suspensão foi agitada no escuro até atingir o equilíbrio de adsorção. Foi adicionado 20 mM de H2O2 na presença de uma lâmpada fluorescente(comercial Philips de 85W) para a irradiação no visível. A degradação foi analisada através da % de remoção de corante da solução, medida através da absorbância da solução em tempos reacionais pré-determinados.

Resultado e discussão

Na Figura 1 é mostrado o difratograma das partículas de ZnFe2O4. Os picos obtidos demonstraram a formação de uma estrutura cúbica para o espinélio produzido. Observou-se que houve coerência da carta padrão (barras apresentadas dentro da Fig. 1, conforme carta JCPDS n. 01-070-6393)com os picos encontrados, considerando-se assim que houve a formação da fase espinélio completa nas condições empregadas neste trabalho. O tamanho médio dos cristalitos foi estimado pela equação de Scherrer, e foi de 20 nm. De acordo com as normas da IUPAC, as isotermas de adsorção∕dessorção de nitrogênio (não apresentadas aqui) são do tipo IV, representando predominantemente estrutura mesoporosa. O volume total dos poros e área superficial fornecidos pela análise foram de 0,05 cm3∕g e 16 m2∕g, respectivamente. A atividade catalítica das ferrita de zinco pode ser verificada a partir da degradação do vermelho de procion em pH = 3, pela reação de foto-Fenton. Sem a utilização da lâmpada e apenas na presença de ferrita de zinco e H2O2 (reação Fenton),não ocorreu a degradação do corante. O mesmo comportamento ocorreu quando da presença da lâmpada e H2O2. Ao analisar a Figura 2, observa-se um comportamento praticamente linear na degradação, atingindo 95% em 60 min de reação. Assim, a degradação do poluente orgânico só foi possível quando do uso do sistema ZnF2O4/H2O2/luz visível.

Espectro de DRX do ZnFe2O4 e a referencia JCPDS - 01-070-6393.


Percentual de remoção do Vermelho de Procion atráves da reação Fenton e Foto- Fenton com partícula de ZnFe2O4.

Conclusões

O espinélio ZnFe2O4 foi sintetizado com sucesso pela rota solvotérmica. As partículas apresentaram estrutura cristalina e porosa, com área superficial de 16 m2/g. As partículas apresentaram atividade catalítica sob irradiação de luz visível, para a degradação do vermelho de procion em presença de H2O2 em solução aquosa. O experimento de foto-Fenton demonstrou ser eficiente para a degradação do corante, atingindo 95 % de degradação em 60 min de reação.

Agradecimentos

À Capes pelo auxílio financeiro, na forma de bolsa de mestrado, à autora desse trabalho (C.G.A).

Referências

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