BRPI1002600B1

BRPI1002600B1 - "Catalisador de metal de transição ou de óxido de metal de transição suportado em concreto celular autoclavado, processo e uso"

Info

Publication number: BRPI1002600B1
Application number: BRPI1002600-2A
Authority: BR
Inventors: Mamgela De Lima Geraldo; Cláudio Belchior Jadson; Augusti Rodinei; Vieira De Andrade Fabrício; Voga Pereira Geison; Guimarães Coelho Márcio
Original assignee: Universidade Federal De Minas Gerais
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2018-05-29
Also published as: BRPI1002600A2

Abstract

catalisador de metal de transição ou de óxido de metal de transição suportado em concreto celular autoclavado. a presente invenção descreve a preparação de um catalisador composto por metais de transição, tais como: ferro, paládio, platina, prata e níquel ouôxidos destes metais suportados em uma matriz de concreto celular autoclavado. a densidade, porosidade e resistência mecânica do suporte tornam-o bastante apropriado para o emprego no processo. o catalisador, por sua vez, apresenta propriedades químicas que permite sua aplicação em processos de sínteses orgânicas e processos oxidativos avançados, tais como: fenton clássico, fenton heterogêneo, foto-fenton heterogêneo e fotocatálise heterogênea visando à degradação de contaminantes orgânicos em meios aquosos, como por exemplo: rejeitos industriais, lagos, rios, piscinas, não limitantes.

Description

(54) Título: CATALISADOR DE METAL DE TRANSIÇÃO OU DE ÓXIDO DE METAL DE TRANSIÇÃO SUPORTADO EM CONCRETO CELULAR AUTOCLAVADO, PROCESSO E USO (51) Int.CI.: B01J 23/89; B01J 32/00; B01J 37/02; B01J 37/12; B01J 37/16; B01J 37/08; C07B 31/00; C07B 33/00 (73) Titular(es): UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS (72) Inventor(es): GERALDO MAMGELA DE LIMA; JADSON CLÁUDIO BELCHIOR; RODINEI AUGUSTI; FABRÍCIO VIEIRA DE ANDRADE; GEISON VOGA PEREIRA; MÁRCIO GUIMARÃES COELHO

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CATALISADOR DE METAL DE TRANSIÇÃO OU DE ÓXIDO DE METAL DE TRANSIÇÃO SUPORTADO EM CONCRETO CELULAR AUTOCLAVADO, PROCESSO E USO

Campo da invenção

A presente invenção descreve a preparação de um catalisador composto por metais de transição, tais como: ferro, paládio, platina, prata e níquel ou óxidos destes metais suportados em uma matriz de concreto celular autoclavado. A densidade, porosidade e resistência mecânica do suporte tornam-o bastante apropriado para o emprego no processo. O catalisador, por sua vez, apresenta propriedades químicas que permite sua aplicação em processos de sínteses orgânicas e processos oxidativos avançados, tais como: Fenton clássico, Fenton heterogêneo, foto-Fenton heterogêneo e fotocatálise heterogênea visando à degradação de contaminantes orgânicos em meios aquosos, como por exemplo: rejeitos industriais, lagos, lagoas, rios, piscinas, não limitantes.

Estado da técnica

A atividade dos catalisadores determina a utilzação de reações químicas importantes para diversos setores industriais, como por exemplo, na produção de substratos, remoção de impurezas, descontaminação de rejeitos industriais, descontaminação de efluentes, dentre outros. Entretanto, adição do catalisador ao meio reacional deve levar em consideração aspectos físicos e químicos, tais como a área de contato do catalisador com os substratos e o processo de recuperação do catalisador ou descarte do mesmo.

Os processos catalíticos estão divididos em: homogêneos, onde o sistema de reação - catalisador apresenta apenas uma fase; heterogêneos, onde o catalisador encontra-se em uma fase diferente que a do meio reacional. Os processos catalíticos heterogêneos caracterizam-se tecnicamente pela relativa facilidade de manipulação do catalisador, ou separação deste do meio da reação.

Os catalisadores heterogêneos podem ser utilizados diretamente na reação química na forma de pós finamente divididos ou nano-estruturados, ou

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2/12 suportados em uma matriz. Neste último caso o material de suporte deve apresentar estabilidade química quanto à fabricação e quando incorporado ao catalisador. A matriz de suporte deve apresentar também, uma elevada área superficial possibilitando uma interface entre o catalisador e o meio reacional tornando viável a aplicação do catalisador.

No estado da técnica estão descritos diversos catalisadores heterogêneos compostos por matrizes inertes impregnadas com óxidos de metais de transição ou metais de transição que podem ser aplicados em diversos setores industriais, tais como: síntese de compostos orgânicos, purificação de misturas gasosas, degradação de componentes tóxicos em misturas gasosas e degradação de contaminantes presentes em efluentes industriais ou naturais.

Para demonstrar a relevância dos catalisadores heterogêneos e suas aplicações tem-se a patente AU727906 (B2) (Elliott D. C. “Nickel/Ruthenium catalyst and method for aqueous phase reactions”, 2001) que descreve um catalisador de Níquel metálico dopado com Rutênio suportado em alumina ou zircônia. Este catalisador é empregado em reações de hidrogenação em fase aquosa ou para formação de metano a partir de compostos orgânicos em fase aquosa. Outro exemplo de síntese de compostos em fase líquida, é relatado nas patentes US7518014(B2) (Kimmich B. “Modified support materials for catalysts”, 2009) e PI9305673-7(B1) (Nicolau I. “Vinyl acetate catalyst preparation method”, 2000) que apresentam formulações de catalisadores formados por paládio metálico ou ouro metálico suportado em esferas de sílica ou alumina capazes de catalisar a formação de alcanoatos de alquenila, tais como acetato de vinila. Existem também, os processos catalisados para a produção de insumos precursores, como por exemplo, a formação do estireno a partir da desidrogenação do etilbenzeno na presença ou ausência de vapor de água (PI0700529-6(A2)), Rabelo D. “Óxidos de ferro suportados em carvão ativado polimérico como catalisadores na desidrogenação do etilbenzeno”,

2007).

Em relação às metodologias aplicadas em misturas gasosas pode-se destacar a patente US6500402 (B1) (Winkler E.“ An iron oxide/vanadate

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3/12 catalyst for the oxidation of sulfur dioxide in the manufacture of sulfuric acid”, 2002) que descreve a fabricação e utilização de um catalisador heterogêneo de óxido de ferro III suportado em uma matriz de sílica ou β-zeólita. Este sistema catalisa a reação de oxidação do dióxido de enxofre à trióxido de enxofre.

Outro catalisador com aplicação em fluidos gasosos é descrito no pedido de patente PI0211765-7 A2 (Klein H. “Catalisador apresentando dióxido de silício em um material de suporte para a purificação de gases de escape”, 2002). A tecnologia está relacionada a um sistema de platina impregnada em alumina e é capaz de completar a queima de combustíveis orgânicos evitando que compostos com elevada toxicidade sejam liberados de motores a combustão interna.

A oxidação de compostos orgânicos em meios aquosos através de agentes químicos apresenta uma maior eficiência em relação aos processos de degradação biológica, principalmente quando esta é realizada com o auxilio de catalisadores, pois alguns contaminantes não podem ser degradados biologicamente, devido à alta estabilidade química do composto ou de alguns grupos funcionais. Como exemplo tem-se o fenol que pode reagir com o cloro que é empregado no tratamento da água potável, formando compostos fenilpoliclorados que são mais tóxicos que o próprio fenol e também mais resistentes a biodegradação. A solução para o tratamento de efluentes contaminados com compostos orgânicos de alta estabilidade consiste na utilização dos processos oxidativos avançados que combinam oxidantes fortes tais como: ozônio, peróxido de hidrogênio, irradiação (ultravioleta (UV), ultrasom (US) ou feixe de elétrons) e catalisadores compostos por óxidos de metais de transição com características semicondutoras e/ou fotossensíveis (HUANG, C. P.; DONG, C.; TANG, Z. “Advanced Chemical Oxidation: its present role and potential future in hazardous waste treatment”, Waste Management, 31, 361377, 1993).

Catalisadores constituídos, por exemplo, por óxido de ferro (Fe2O3) podem gerar radicais com elevado potencial de oxidação, como por exemplo, o radical hidroxila (OH») e, também, os radicais O₂·- e HO₂·, que dependendo das condições dos contaminantes orgânicos em meio aquoso pode degradá-los

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4/12 até a completa mineralização, ou seja, transformando a matéria orgânica em dióxido de carbono (CO₂), água (H₂O) e sais inorgânicos. (Nogueira, R.F.P.; Jardim, W.F. “A fotocatálise heterogênea e sua aplicação ambiental”. Química Nova, 21, 69-72, 1998). O pedido de patente PI0504197-0 (Domingos A. J.

“Processo de tratamento de efluentes aquosos com contaminantes orgânicos utilizando catalisadores a base de minério de ferro e peróxido de hidrogênio”, 2005) utiliza a hematita (Fe₂O₃) na forma de pó aplicada diretamente para a degradação de contaminantes orgânicos pelo processo Fenton para a geração de radicais hidroxila. O pedido de patente PI0601465-8 (Mardones L. M. A.

“Processo para preparação de um catalisador de óxido de ferro suportado através de impregnação física”, 2006) descreve um material catalisador formado por óxido de ferro III suportado em alumina, α-zeólita ou sílica que pode ser empregado na degradação catalítica de compostos orgânicos com elevada resistência à degradação biológica. Outro pedido de patente com a mesma aplicação, PI0405915-8 (M. R. F. P “Processo catalítico para a destruição de contaminantes em água utilizando peróxido de hidrogênio e catalisador heterogêneo”, 2004) utiliza o carvão mineral betuminoso como material de suporte. Embora a hematita seja mais empregada em processos de degradação de compostos orgânicos, outros óxidos também podem ser utilizados. A patente EP0752976 (B1) (Hancock F. E. “Oxidation process”, 1999) descreve a utilização do óxido de níquel (NiO) que suportado em alumina ou sílica pode catalisar a atividade de degradação do hipoclorito de sódio.

Descrição detalhada das figuras

A Figura 1 apresenta os difratogramas para o concreto celular autoclavado antes da impregnação do catalisador (a) e depois da fixação do catalisador (b). A identificação das fases cristalinas obtidas por difração de raios-X foi realizada por comparação do difratograma de raios-X da amostra com os bancos de dados PDF2 do ICDD - International Center for Diffraction Data/ JCPDS- Joint Committee on Poweder Diffraction Standards. Na Figura 1 a do difratograma do concreto celular autoclavado é possível identificar as seguintes fases cristalinas: anatásio (TiO₂), magnetita (Fe₃O₄), CaO.SiO₂.H₂O (fase cristalina sem denominação inorgânica), quartzo e calcita (CaCO3).

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Enquanto que na Figura 1b são identificadas as fases: moscovita (Kal₂(AlSi₃O₁₀(OH)₂), hematita (Fe₂O₃), quartzo e calcita (CaCO₃).

A Figura 2 mostra o espectro Mossbauer de Fe para o concreto celular autoclavado antes da impregnação e tratamento térmico e após a fixação do catalisador (Fe₂O₃). A espectroscopia Mossbauer de Fe, assim como a difração de raios-X mostraram que as fases cristalinas identificadas e o estado de oxidação do ferro foram os mesmos. O desvio isométrico (δ) destas amostras são os mesmos, e para a amostra do concreto celular foi observado algumas fases de ferro que não foram observadas na difração de raios-X.

A Figura 3 complementa as informações da espectroscopia Mossbauer

C7 de Fe e apresenta a distribuição das fases contento Ferro III para o concreto celular autoclavado antes e depois da fixação do catalisador, sendo demonstrado que as fases com Fe+³ e Fe₂O₃ foram formadas em maior proporção enquanto que as fases de Ferro metálico e sulfeto de ferro foram eliminadas.

A Figura 4 apresenta a imagem de microscopia eletrônica de varredura do concreto celular autoclavado mostrando que este apresenta morfologia diferente, quando sofre impregnação e posterior tratamento térmico.

A Figura 5 mostra o material catalisador na forma de cristais sobre a 20 superfície da matriz de concreto celular autoclavado.

As Figuras 6 e 7 mostram a evolução do processo de decomposição do corante índigo carmim em solução e exposto ao catalisador por 40 minutos.

A Figura 6 apresenta o espectro de ultravioleta na região do visível para o corante índigo carmim no tempo igual a zero (linha preenchida) e para o mesmo após 40 minutos sob ação do catalisador (linha pontilhada). O corante índigo carmim tem uma banda na região de 600 nm uma vez que este apresenta coloração azul.

Na Figura 7 tem-se o espectro de massas para a solução do corante índigo carmim antes (a) e depois (b) do processo de degradação.

Descrição detalhada da invenção

A presente invenção mostra a preparação, caracterização e aplicação de catalisadores de metais de transição ou óxidos de metais destes metais de

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6/12 transição suportados em uma matriz de concreto celular autoclavado. Os catalisadores metálicos podem ser empregados, por exemplo, em reações de hidrogenação e degradação de compostos gasosos em sistemas de exaustão. Os catalisadores de óxidos de metais de transição podem ser empregados na degradação parcial de compostos orgânicos ou a completa mineralização destes, gerando dióxido de carbono, água e sais inorgânicos, presentes em efluentes industriais, meios aquosos tais como rios, lagos, lagoas, sistemas de tratamento de esgoto.

O método de fabricação consiste em impregnar um precursor da espécie 10 catalítica na matriz de suporte e, em seguida, realizar o tratamento térmico em uma atmosfera apropriada para a formação da espécie catalisadora.

A utilização do concreto celular autoclavado possibilita a realização dos processos em ambientes com fluxo gasoso ou líquido constante, sendo que o catalisador encontra-se fixado na matriz, que apresenta a importante característica de flutuar mesmo após ser submetido à ambiente com alto teor de umidade. A propriedade de flutuação do material de suporte possibilita uma maior eficiência dos processos que exigem a exposição do catalisador nas superfícies de líquidos, como por exemplo, os processos catalíticos que necessitam de fontes de luz irradiantes (luz solar, ultravioleta) ou reações em interface líquido-gás.

Para os sistemas de degradação, em reatores de batelada, o catalisador pode ser facilmente removido, com a interrupção imediata do processo de degradação pela simples remoção do material que se encontra na superfície do leito aquoso. Novamente esta característica reforça a associação das espécies catalíticas suportadas no concreto celular autoclavado.

Em outro aspecto a presente invenção descreve o processo de fabricação e utilização de um catalisador de um íon metálico ou de um óxido de metal suportado em uma matriz de concreto celular autoclavado. A matriz de suporte pode ser pré-moldada em esferas ou em formato cúbico (tijolo) com o

granulometria variando entre 1 e 10cm³ sendo que o tamanho reduzido proporciona uma maior atividade, principalmente, para os catalisadores fotossensíveis.

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A fabricação do catalisador apresenta duas etapas: impregnação do catalisador e ativação do catalisador. O processo de impregnação consiste em mergulhar o concreto celular autoclavado em uma solução precursora do catalisador por um período entre 20 e 30 horas. A solução precursora pode ser obtida a partir de um sal solúvel do metal ou a partir de uma solução alcoólica de um composto organometálico, que após serem degradados termicamente formam a espécie catalítica impregnada no concreto celular autoclavado. A Tabela 1 apresenta as espécies precursoras para os catalisadores que podem ser suportadas no concreto celular autoclavado.

A segunda etapa do processo de preparação do catalisador, consiste em aquecer o concreto celular autoclavado embebido na solução precursora até uma temperatura entre 100 e 600°C, por um período entre 1 e 3 horas com atmosfera promotora à formação da espécie catalítica, condições relatadas na Tabela 1. Para os catalisadores formados pelas espécies metálicas níquel, paládio, platina e prata durante a segunda etapa é utilizada uma atmosfera redutora de hidrogênio que provoca a deposição dos metais sobre o concreto celular autoclavado. Para a obtenção do catalisador TiO2 utiliza-se uma solução alcoólica do composto isopropóxido de titânio que durante a segunda etapa se decompõe formando TiO₂ sobre a matriz de suporte.

A utilização do concreto celular autoclavado como matriz de suporte agrega ao material catalisador propriedades importantes que os tornam mais versáteis. A matriz utilizada apresenta uma área superficial de 19.000m²/kg e o

uma densidade aparente de 670 kg/m³. Este valor de densidade possibilita ao material a sua permanência na superfície de líquidos solventes, tais como água, etanol, acetona, hexano, ciclohexano, tolueno, mas não limitantes. A estrutura celular da matriz de suporte possibilita que o concreto celular autoclavado, permaneça na superfície dos solventes citados, mesmo após ter adsorvido grande quantidade de líquido do meio reacional. Esta característica viabiliza a aplicação do material catalisador em sistemas industriais com elevado fluxo de efluentes ou em sistemas reacionais com componentes em fases separadas.

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Tabela 1: Composição da solução precursora para os diferentes tipos de catalisadores suportados no concreto celular autoclavado, bem como as condições utilizadas.

Catalisador	Espécie precursora	Solvente	Atmosfera	Faixa de Temperatura (°C)
Níquel	Cloreto de Níquel Nitrato de Níquel Acetato de Níquel	Água	Hidrogênio	500-600
Paládio	Cloreto de Paládio Nitrato de Paládio Acetato de Paládio	Água	Hidrogênio	500-600
Platina	Cloreto de Platina Nitrato de Platina Acetato de Platina	Água	Hidrogênio	500-600
Prata	Nitrato de prata	Água	Hidrogênio	500-600
Hematita (Fe2O3)	Cloreto de ferro (III) Nitrato de ferro (III) Acetato de ferro (III)	Água	Ar/Oxigênio	100-200
Óxido de níquel (NiO)	Cloreto de níquel Nitrato de níquel Acetato de níquel	Água	Ar/oxigênio	400-500
Dióxido de titânio (TiO₂)	Isopropóxido de titânio	Isopropanol	Ar/oxigênio	25-200

A tecnologia pode ser melhor compreendida através dos seguintes exemplos, não limitantes:

EXEMPLO 1: Síntese e caracterização do catalisador Fe₂O3/concreto celular autoclavado

Para síntese do catalisador de Fe₂O₃ utilizou-se 25g de concreto celular 10 autoclavado mergulhado em 100 mL de uma solução de cloreto de ferro (III) de concentração 1 mol/L, por 24 horas; em seguida, o material foi tratado termicamente à 100 C° por 1 hora. A caracterização do material catalítico preparado foi realizada através das técnicas de Difração de raios-X, microscopia Mossbauer, microscopia eletrônica de varredura, medidas de área superficial BET, espectrofotometria de absorção atômica, medidas de densidade e medidas termogravimétricas.

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A Figura 1 mostra os difratogramas de Raios-X para o concreto celular autoclavado antes (Fig. 1a) e depois (Fig. 1b) da impregnação e tratamento térmico. A matriz de suporte, inicialmente, contém as seguintes fases cristalinas: Anatásio (TiO₂), magnetita (Fe₃O₄), quartzo, calcita (CaCO₃), e uma fase cristalina que não tem denominação inorgânica (CaO.SiO₂.H₂O). Após o processo de preparação do catalisador foram identificadas as seguintes fases cristalinas (Fig. 1b): Quartzo, calcita (CaCO₃), hematita (Fe₂O₃), moscovita (KAl₂(AlSi₃O₁₀(OH)₂). A comparação dos difratogramas mostra alterações cristalinas provocadas pelo processo de preparação do material catalisador, as fases: anatásio, magnetita e a fase inorgânica CaO.SiO₂.H₂O deixaram de existir. Após a preparação do catalisador verificou-se a formação da hematita (Fe2O3) demonstrando o êxito na obtenção do processo de impregnação da espécie catalítica no concreto celular autoclavado.

A formação do óxido de ferro III impregnado na matriz de concreto celular autoclavado pode ser caracterizada também através da espectroscopia Mossbauer de Fe, como pode ser visualizado na Figura 2. A Tabela 2 apresenta os parâmetros Mossbauer de Fe para as amostra do concreto celular autoclavado antes da impregnação e tratamento térmico, e para o concreto celular autoclavado após a impregnação e tratamento térmico.

De acordo com a análise de distribuição das fases de ferro III, mostrado na Figura 3, observa-se que o teor das fases oxidadas aumentaram na amostra após a fixação do catalisador. O concreto celular autoclavado apresenta antes da impregnação e do tratamento térmico quatro fases de ferro (Fig. 2a, Fig. 3): ferro (III), z-Fe₂O₃, Fe₇S₈ e z-Fe, sendo que, as mais abundantes são: ferro (III) (42%) e z-Fe₂O3 (26%). Após a impregnação do catalisador e tratamento térmico o material passa a apresentar apenas duas fases de ferro (Fig. 2b, Fig. 3): ferro (III) (60%) e z-Fe₂O3 (40%).

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Tabela 2: Parâmetros Mossbauer de ⁵⁷Fe para o concreto celular autoclavado puro e impregnado com Fe₂O₃

Amostra	δ (mm/s) (±0.05)	QS (mm/s) (±0.05)	Hhf(T) (±0.5)	Área(%) (±1)	Atribuição
Concreto celular Autoclavado	0.33	0.53	-	42	(FelII )
0.35	-0.19	51.6	26	a- Fe₂O₃
0.25	0.00	20.3	21	Fe7S8
0.00	0.00	33.0	11	a- Fe
Catalisador Fe₂O₃/Concreto celular autoclavado	0.35	0.80	-	59	(FelII)
0.36	-0.21	51.3	41	a- Fe2O3

δ > Desvio isométrico, QS > desdobramento quadrupolar, H_w > campo hiperfino, área > área subespectral relativa.

A determinação do teor de Ferro no concreto celular antes do processo de impregnação da hematita é de 1,89%(m/m) e após a fixação do Fe₂O₃ na matriz o teor de ferro é de 3,53%(m/m). Embora o teor de ferro seja apenas o dobro em relação à quantidade pré-existente, a atividade catalítica do concreto celular autoclavado é imperceptível, pois de acordo com a análise de distribuição das espécies contendo ferro (Fig. 3) mostra que 40% do ferro inicial encontra-se nas formas de sulfeto de ferro ou ferro metálico. Outra característica importante refere-se à distribuição espacial do ferro impregnado que se encontra na superfície da matriz de suporte, enquanto que o ferro préexistente se encontra misturado de forma homogênea no concreto celular autoclavado.

A análise das imagens de MEV, apresentadas na Figura 4, para o concreto celular autoclavado antes da impregnação do catalisador, mostra a ausência de estruturas cristalinas na superfície dos poros. Entretanto, após impregnação e tratamento térmico, imagens apresentadas na Figura 5, pode-se visualizar a presença de cristais de hematita na superfície do material.

Durante o processo de impregnação do catalisador Fe2O3 a área superficial da matriz de suporte é praticamente triplicada passando de 19000m²/kg para 66000m²/kg. Embora o processo de fixação do catalisador

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11/12 seja uma adsorção superficial, a área final, portanto, deveria ser menor. O aumento de área superficial possivelmente ocorreu em função do tratamento térmico feito na amostra, que mesmo sendo em uma temperatura relativamente baixa (~100°C) foi suficiente para decompor as fases de sulfeto de ferro (III)

C7 verificado através da espectroscopia Mossbauer de Fe, gráfico apresentado na Figura 2. A análise da área superficial forneceu também a distribuição do tamanho dos poros para o concreto celular autoclavado antes da impregnação e após a fixação do catalisador, cujo diâmetro médio varia entre 20 e 500 A.

EXEMPLO 2: Degradação do corante índigo carmim utilizando o 10 catalisador Fe₂O₃/concreto celular autoclavado

O catalisador preparado no exemplo 1 (Fe₂O3/concreto celular autoclavado) tem a capacidade de degradar compostos orgânicos até a completa mineralização através de processos oxidativos avançados, tais como Fenton clássico, Fenton heterogêneo, foto-Fenton heterogêneo e fotocatálise heterogênea. Para este exemplo foi utilizado o processo foto-Fenton, descrito por Chen e colaboradores (CHEN G.; HOAG, G.E.; CHEDDA, P.; NADIMB, F.; WOODY, B.A.; DOBBS, G. M. (2001). The mechanism and applicability of in situ oxidation of trichloroethylene with Fenton’s reagent. Journal of Hazardous Materials. v.B87, p.171-186.) onde o radical hidroxila (HO») é formado de acordo com a seguinte reação:

Fe³+ + H2O + hv Fe²+ + H+ + HO»

Para testar o potencial de degradação do catalisador (Fe2O3/concreto celular autoclavado) foi utilizada uma solução aquosa do corante índigo carmim, 0,064g/L, com uma proporção de 200 mL de solução para 10g do catalisador.

O espectro de ultravioleta/visível (Fig. 6) da solução do corante índigo carmim mostra uma absorbância de 0,6 para um comprimento de onda de 600nm, caracterizando a cor azul do corante. O espectro obtido para a solução após 30 minutos de atividade do catalisador mostra a total descoloração da solução, como pode ser observado no espectro ultravioleta/visível, onde a absorbância na faixa de 600nm não foi observada. Para potencializar a aplicabilidade industrial do catalisador, foram realizadas decomposições

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12/12 seqüenciais em soluções do corante, onde a mesma massa de catalisador que foi empregada na primeira decomposição foi reutilizada 10 vezes sem a perda de eficiência do catalisador.

O grau de decomposição do corante foi identificado pelo espectro de 5 massas para o corante e para a solução descolorida pela ação do catalisador. A Figura 7a mostra o espectro de massas da solução inicial do corante índigo carmim sendo que a presença do fragmento a m/z 421 é relativo ao corante índigo carmim desprotonado. Após uma exposição ao catalisador durante 40 minutos a solução do corante encontra-se totalmente incolor. No espectro de massas desta solução (Fig. 7b) o pico a m/z 421 não é mais identificado, demonstrando que o corante foi totalmente consumido. Em contrapartida outras estruturas de massa molar menor foram identificadas. Uma exposição mais prolongada (~8 horas) possibilita ao catalisador o tempo suficiente para a total mineralização do corante índigo carmim. O tempo de mineralização total depende de cada tipo de estrutura orgânica que será submetida ao processo de degradação.

Durante do processo de degradação parte do catalisador pode ser dissolvido no ambiente aquoso. A análise de absorção atômica da solução inicial do corante índigo carmim contém 4,0x10^-6%(m/v) de íons Fe+³ Após o processo de degradação do catalisador utilizando o processo Fenton o teor de Fe+³ passou para 6,8x10^-5%, enquanto que para o processo foto catalítico o teor de Fe+³ na solução quase não foi alterado, sendo igual a 7,8x10^-6%. Este resultado demonstra que o concreto celular autoclavado utilizado como matriz de suporte apresenta uma interação suficientemente forte para que o catalisador (Fe2O3) não seja lixiviado para a solução durante o processo de degradação e ao mesmo tempo a matriz de suporte proporcione uma exposição adequada do material catalisador ao meio reacional.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1- Catalisador de metal de transição ou de óxido de metal de transição caracterizado por conter um ou mais metais de transição ou um ou mais óxido de metais de transição suportados em uma matriz de concreto celular autoclavado.
2- Catalisador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos metais de transição serem selecionados do grupo compreendendo Ferro, Paládio, Platina, Prata ou Níquel.
3- Catalisador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos óxidos de metais de transição serem selecionados do grupo compreendendo Fe₂O₃, AgO, TiO₂, NiO.
4- Catalisador, de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado por conter metais de transição ou óxidos de metais de transição com um teor entre 0,5 e 10% (m/m).
5- Processo de síntese do catalisador de metal de transição ou de óxido de metal de transição, definido nas reivindicações 1 a 4, caracterizado por ser pelas seguintes etapas:

a. impregnação do catalisador, através da imersão do concreto celular autoclavado por um período entre 20 e 30 horas em uma solução precursora do catalisador;

b. ativação do catalisador, através de aquecimento do concreto celular autoclavado, até uma temperatura entre 100 e 600°C, por um período entre 1 e 4 horas, em uma atmosfera promotora para a formação do catalisador.
6- Processo, de acordo com a reivindicação 5, etapa “a”, caracterizado por utilizar na impregnação do catalizador soluções aquosas de cloretos, acetatos ou nitratos dos metais de transição para a formação dos catalisadores com ferro, níquel, paládio, platina, prata, ou óxido de ferro (III), óxido de prata, óxido de níquel; ou soluções alcoólicas de isopropóxido de titânio para a formação do catalisador com óxido de titânio, onde o álcool utilizado seja preferencialmente o isopropanol.
7- Processo, de acordo com a reivindicação 5, etapa “b”, caracterizado por utilizar na ativação do catalisador as atmosferas de hidrogênio para

Petição 870180012376, de 16/02/2018, pág. 23/25 a formação dos catalisadores de metais de transição; ou oxigênio ou ar atmosférico para a formação dos catalisadores de óxidos de metais de transição.
8- Uso do catalisador de metal de transição ou de óxido de metal de transição, definido pelas reivindicações 1 a 4, caracterizado por ser em sistemas reacionais com duas ou mais fases líquido-gás ou nas superfícies de líquidos.
9- Uso, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por ser em sistemas reacionais com duas ou mais fases liquido-gás ou na superfície de líquidos, podendo ser diretamente na reação química na forma de pós finamente divididos ou nano-estruturados, ou suportados em uma matriz.
10- Uso, de acordo com as reivindicações 8 e 9, caracterizado por ser para os processos oxidantes do tipo: Fenton clássico, Fenton heterogêneo, foto-Fenton heterogêneo e fotocatálise heterogênea.
11- Uso, de acordo com as reivindicações 8 a 10, caracterizado por ser na decomposição parcial de materiais orgânicos ou na completa mineralização destes, gerando dióxido de carbono, água e sais inorgânicos.
12- Uso, de acordo com as reivindicações 8 a 11, caracterizado por ser na decomposição de compostos orgânicos ou poluentes orgânicos, selecionados do grupo compreendendo, corantes, pesticidas, hormônios, dentre outros.
13- Uso, de acordo com as reivindicações 8 a 12, caracterizado por ser na degradação de compostos orgânicos ou poluentes orgânicos presentes em meios aquosos naturais, tais como leitos de rios, leitos de córregos, lagoas.
14- Uso, de acordo com as reivindicações 8 a 13, caracterizado por ser na degradação de contaminantes orgânicos presentes em efluentes industriais provenientes de indústrias têxteis, curtumes, esgoto doméstico.
15- Uso, de acordo com as reivindicações 8 a 14, caracterizado por ser em reações de hidrogenação de compostos orgânicos, reações de redução catalítica de compostos orgânicos.

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1/3 (a) (b)