Hidróxidos duplos lamelares com potencial aplicação no agronegócio por cálculos ab initio

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Moraes, Pedro Ivo Rodrigues
• Orientador(a): Leitão, Alexandre Amaral
• Banca de defesa: Esteves, Pierre Mothé , Costa, Deyse Gomes da , Costa, Luiz Antônio Sodré , Sant'Ana, Antônio Carlos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Química
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Hidróxidos duplos lamelares; Fertilizantes; DFT; Troca iônica; Termodinâmica; Layered double hydroxides; Fertilizer; Ionic exchange; Thermodynamics
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/12173

Hidróxidos duplos lamelares (HDL), tambem conhecidos como compostos tipo hidrotalcita, apresentam como sua principal característica, grande área especifica, estabilidade térmica e alta capacidade de troca aniônica. Essas características possibilitam o uso dos HDL em diversas aplicações, em catalise, medicina, fotoquímica e ambiental. Esses compostos tem atraído bastante interesse da indústria e academia. Nesse trabalho foram estudados HDL que possam ser aplicados no agronegocio. Foram construidos HDL intercalados com anions que sao nutrientes para as plantas, monohidrogeno fosfato (HPO4 2-), nitrato (NO3 -) e tambem HDL intercalados com os herbicidas acido 2,4-diclorofenoxiacetico (2,4-D) e o acido 4-cloro-2- metilfenoxiacetico (MCPA). A liberação dos nutrientes e proposta pela reação de troca aniônica por carbonato (CO3 2-), a qual os estudos mostraram ser uma reação termodinamicamente favorecida. No entanto, para os HDL intercalados com herbicidas foi estudada a geometria e estrutura eletronica. Quanto a composicao lamelar foram estudadas lamelas de Mg2Fe, Mg2Al e Zn2Al todas com fração molar 2:1. Para os HDL de composição lamelar Mg2Fe devido a presença de um átomo de camada aberta (Fe), foram realizados estudos envolvendo, cálculos restritos, nao-restritos e DFT+U. O anion HPO4 2- pode ser intercalado nos HDL com diferentes orientações estáveis o que pode causar diferenças no espaçamento basal. A estabilidade das diferentes orientações foram avaliadas, e um diagrama de fase para o processo de desidratacao da estrutura mais estavel foi construido. Os minerais motukoreaita e natroglaucocerinita que são compostos tipo hidrotalcita tambem foram estudados, foi avaliada a estabilidade desses materiais em dois diferentes politipos 1H e 3R. A termodinâmica para uma reação de troca catiônica tambem foi investigada. Esses minerais além do anion intercalado, tambem possuem um cation hexahidratado na região interlamelar. A troca do cation potassio (K+) pelo cation sodio (Na+) foi termodinamicamente favorecida, sendo o primeiro trabalho utilizando DFT a realizar troca catiônica em HDL, além de que K+ também e um nutriente para as plantas. Foi realizado o estudo da energia e natureza do gap de banda para HDL com composição lamelar Mg2Al, Zn2Al intercalados com os aníons, NO3 -, cloreto (Cl-), hidroxila (OH-) e CO3 2-. A correção dos estados de Kohn-Sham foi feito pelo método GW, que apresentou tanto correções para o gap de banda eletrônico quanto correção na energia das bandas. O funcional hibrido HSE06, também foi utilizado nos cálculos DFT, mostrou um ganho quanto as energias de gap comparadas ao funcional PW91, no entanto não ocorre diferença no posicionamento das bandas. Tanto a composição lamelar quanto os aníons intercalados afetam a energia de gap de banda nos HDL.