Síntese, caracterização e avaliação de compostos de Nióbio como catalisadores para o tratamento de águas e reaproveitamento do glicerol

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Batista, Luana Márcia Bezerra
• Orientador(a): Gondim, Amanda Duarte
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Compostos de nióbio; Tratamento de águas; Reaproveitamento do glicerol; Fotocatálise; Pirólise
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26384

O Brasil possui a maior quantidade de reservas de nióbio do planeta, estimadas em aproximadamente 98%. Apesar disso, o interesse do Governo na exploração do mineral é limitado, o que reduziu o conhecimento do país sobre inúmeras aplicações ambientais e tecnológicas dos compostos de nióbio. Assim, estudos voltados para agregar valor ao nióbio e seus compostos são imprescindíveis. Portanto, esta tese avaliou o potencial de diferentes compostos de nióbio nas seguintes aplicações: (I) tratamento de águas e (II) valorização do coproduto da produção do biodiesel (glicerol). Os resultados alcançados foram divididos no formato de artigo em dois capítulos distintos. Primeiramente, foi aplicado o catalisador oxihidróxido de nióbio (NbO2OH) no tratamento de água, por meio da descoloração do corante alaranjado de metila usando a fotocatálise solar. O NbO2OH foi caracterizado por difratometria de raios-X, adsorção e dessorção de N2, espetroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de reflectância difusa na região do ultravioleta visível e ponto de carga zero. As caracterizações elucidaram que o NbO2OH é um material com estrutura amorfa, constituído por ligações Nb-OH e com band-gap igual a 3,6 eV, favorecendo sua aplicação na fotocatálise. A eficiência catalítica do NbO2OH foi avaliada através da variação das concentrações de corante, H2O2, pH e dosagem do NbO2OH. As melhores condições de tratamento foram, 15 mg L-1 do corante, 0,1 M de H2O2, pH = 4,0 e 1 g L-1 de NbO2OH, resultando na completa descoloração do corante após 10 minutos de tratamento. O NbO2OH foi reutilizado e, ao final de cinco ciclos de tratamento, a eficiência continuou inalterada, confirmando sua estabilidade. Depois, catalisadores de nióbio suportados em vermiculita sódica (Nb2O5/V0) e tratada com ácido clorídrico 3 mol L-1 (Nb2O5/V3) foram preparados pelo método de impregnação incipiente. Para comparação também foi sintetizado o Nb2O5. Todos os catalisadores foram caracterizados por adsorção e dessorção de N2, espectroscopia dispersiva de raios-X, difratometria de raios-X, espectroscopia de reflectância difusa na região do ultravioleta visível e espectroscopia Raman. As técnicas de caracterização evidenciaram a presença do Nb2O5 na fase cristalina TT na superfície do suporte V0 e na fase amorfa na superfície do suporte V3. A melhor dispersão do óxido de nióbio foi no suporte V3 (SBET = 464, 5 m2 g -1 ), devido sua maior área específica comparada a V0 (SBET = 0,7 m2 g -1 ). A pirólise rápida do glicerol sob os catalisadores Nb2O5/V0, Nb2O5/V3 e Nb2O5 foi investigada por meio do instrumento Py-GC-MS. Os resultados mostraram alta conversão do glicerol com o Nb2O5 (82,2 %), com maior rendimento para produtos oxigenados, como ácidos (25,1 %), álcoois (19,8 %) e ésteres (23,7 %). Comparativamente, na presença do catalisador Nb2O5/V3, ocorreu maior desoxigenação (CO2 = 6,4 %), não identificando ésteres, e favorecendo ácidos (15,9 %), álcoois (19, 7 %) e aldeídos (10,8 %). O Nb2O5/V0 exerceu a influência mais fraca para todos os produtos identificados, semelhante a pirólise térmica. Os distintos comportamentos catalíticos dos três catalisadores podem ser atribuídos assuas diferentes acidez e propriedades texturais. Os compostos de nióbio estudados são catalisadores promissores para ambas as aplicações realizadas, servindo de estímulo para o desenvolvimento da tecnologia do nióbio no nosso país.