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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/23505
Document Type: | Tese |
Title: | Desenvolvimento de catalisadores magnéticos verdes para degradação de compostos orgânicos e geração de hidrogênio |
Other Titles: | Development of green magnetic catalysts for organic compound degradation and hydrogen generation |
Authors: | Oliveira, Rhayza Victoria Matos |
Issue Date: | 21-Jul-2025 |
Advisor: | Romão, Luciane Pimenta Cruz |
Co-advisor: | Costa, José Arnaldo Santana |
Resumo : | O desenvolvimento de catalisadores sustentáveis representa um avanço estratégico para processos industriais mais limpos e eficientes. O presente trabalho propôs a síntese de catalisadores magnéticos verdes à base de ferritas do tipo espinélio (CoFe2O4, CuFe2O4, MnFe2O4 e Fe3O4) obtidos por coprecipitação em solvente eutético profundo, os quais foram avaliados sob métricas da química verde. As nanopartículas sintetizadas apresentaram tamanhos entre 9,42–18,2 nm, com morfologias esféricas e de nanocubos, exibindo propriedades magnéticas com magnetização de saturação entre 32,0– 51,8 emu g -1 e remanescente de 12,4–25,0 emu g-1 . A avaliação da atividade catalítica revelou alta eficiência na redução de 4-nitrofenol, laranja de metila e vermelho de metila, sob razão molar de 2000 entre quantidade de borohidreto de sódio e poluente e apenas 10 mg de catalisador, com tempos reacionais entre 10–540 s. Simultaneamente, ocorreu a geração de hidrogênio por hidrólise atingindo 196 mL em 10 min, com taxa de geração de gás de 19600 mL min-1 g - 1 e energia de ativação de 1909 kJ mol-1 . Os ensaios de lixiviação demonstraram baixa liberação de íon metálicos, evidenciando a estabilidade dos catalisadores. A oxidação eletroquímica via eletro-Fenton promoveu a degradação completa de 4-nitrofenol em condições otimizadas (pH 6, 50 mg L-1 de catalisador, 70 mA cm2 , 20 min), com aplicação bem-sucedida em amostras reais de água de rio da região metropolitana de Aracaju (91,2–99,6%). O sistema contou ainda com a eletrogeração de peróxido de hidrogênio que alcançou 74,5 mg L-1 em pH 3. A atuação conjunta de radicais hidroxila e sulfato indicou um mecanismo de degradação complexo, com formação de subprodutos de maior massa molar. Testes de toxicidade computacional e de germinação revelaram baixa mutagenicidade e toxicidade dos produtos finais. Conclui-se que os catalisadores desenvolvidos apresentaram elevado desempenho, estabilidade e baixo impacto ambiental, sendo promissores para aplicações ambientais e energéticas integradas. Como perspectiva, propõe-se a operacionalização de um reator eletroquímico com deposição dos catalisadores nos eletrodos, visando à degradação simultânea de poluentes orgânicos e coprodução de hidrogênio. |
Abstract: | The development of sustainable catalysts represents a strategic advance towards cleaner and more efficient industrial processes. This work proposed the synthesis of green magnetic catalysts based on spinel-type ferrites (CoFe2O4, CuFe2O4, MnFe2O4 and Fe3O4) obtained by coprecipitation in a deep eutectic solvent, which were evaluated using green chemistry metrics. The nanoparticles synthesized ranged in size from 9.42-18.2 nm, with spherical and nanocube morphologies, exhibiting magnetic properties with saturation magnetization between 32.0-51.8 emu g-1 and remnant magnetization of 12.4-25.0 emu g-1 . Evaluation of the catalytic activity revealed high efficiency in the reduction of 4- nitrophenol, methyl orange and methyl red, under a molar ratio of 2000 between the amount of sodium borohydride and pollutant, and only 10 mg of catalyst, with reaction times between 10-540 s. At the same time, hydrogen was generated by hydrolysis, which reached 196 mL in 10 min, with a gas generation rate of 19600 mL min-1 g -1 and activation energy of 1909 kJ mol-1 . The leaching tests showed low metal ion release, demonstrating the stability of the catalysts. Electrochemical oxidation via electro-Fenton achieved complete degradation of 4-nitrophenol under optimized conditions (pH 6, 50 mg L-1 of catalyst, 70 mA cm2 , 20 min), with successful application in real river water samples from the Aracaju metropolitan region (91.2-99.6%). The system can also be used to generate hydrogen peroxide, which reached 74.5 mg L-1 at pH 3. The joint action of hydroxyl and sulfate radicals indicated a complex degradation mechanism, with the formation of higher molar mass by-products. Computational toxicity and germination tests revealed low mutagenicity and toxicity of the final products. It is concluded that the catalysts developed have high performance, stability and low environmental impact, and are promising for integrated environmental and energy applications. As a prospect, the operationalization of an electrochemical reactor with deposition of the catalysts on the electrodes is proposed, with a view to the simultaneous degradation of organic pollutants and co-production of hydrogen. |
Keywords: | Química verde Nanopartículas Poluentes orgânicos Processos oxidativos Solventes eutéticos Green chemistry Nanoparticles Organic pollutants Oxidative processes Eutectic solvents |
Subject CNPQ: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Sponsorship: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES |
Language: | por |
Institution: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
Program Affiliation: | Pós-Graduação em Química |
Citation: | OLIVEIRA, Rhayza Victoria Matos. Desenvolvimento de catalisadores magnéticos verdes para degradação de compostos orgânicos e geração de hidrogênio. 2025. 132 f. Tese (Doutorado em Química) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2025. |
URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/23505 |
Appears in Collections: | Doutorado em Química |
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