RESUMO
Resumen Se sintetizaron catalizadores (SNX#WPA) basados en ácido tungstofosfórico, en soportes de nanoestructuras de sílice (SNX), con distribución de diámetros y tamaños de mesoporos variables. Las SNX se prepararon en medio de octano/agua, usando poliestireno y bromuro de cetiltrimetilamonio como plantillas. Los materiales se caracterizaron por DRX, TEM y adsorción/desorción de nitrógeno. La relación octano/agua influyó tanto en la morfología y el tamaño de las SNX como en la distribución del tamaño de poro. Las SNX obtenidas utilizando relaciones OCT/H2O en el rango de 0,07-0,35, presentan mesoporos pequeños (5-6 nm) y grandes (28-34 nm), generados principalmente por poliestireno. Los mesoporos grandes y su contribución de volumen fueron claramente más altos que en las muestras SN1, SN2 y SN3. La estructura y la morfología de SNX#WPA fueron similares a las de las SNX usadas como soporte. Además, la caracterización de todos los materiales SNX#WPA por FT-IR y 31P NMR indicó la presencia de especies [PW12O40]3- y [H3-XPW12O40](3-X)- sin degradar. Según los resultados de la valoración potenciométrica, los sólidos presentaron sitios ácidos muy fuertes. Se evaluó la actividad de SNX#WPA como catalizadores en la síntesis de quinoxalinas, a partir de lo cual se obtuvieron altos rendimientos, sin formación de subproductos. De ello resultó que los materiales preparados son catalizadores altamente selectivos y reutilizables.
Abstract Tungstophosphoric acid supported on silica nanostructures (SNX#WPA) with variable diameter and mesopore size distribution were synthetized. Silica nanostructures (SNX) were prepared in octane/aqueous media using polystyrene and CTAB as organic templates. The materials were characterized by XRD, SEM, TEM and dinitrogen adsorption/ desorption isotherm analysis. The octane/ water ratio influenced the morphology and size of SNX prepared, as well as its pore size distribution. The SNX samples obtained using OCT/H2O ratios in the range 0.07-0.35 (SN4, SN5, and SN6 samples). present small (5-6 nm) and large (28-34 nm) mesopores (mainly generated by polystyrene). Large mesopores and their volume contribution were clearly higher than in the SN1, SN2, and SN3 samples. The structure and morphology of SNX#WPA samples were similar to those of the SNX. Furthermore, the characterization of all the SNX#WPA materials by FT-IR and 31P NMR indicated the presence of undegraded [PW12O40]3- and [H3-XPW12O40](3-X)-species. According to the potentiometric titration results, the solids presented very strong acid sites. The performance of SNX#WPA materials as catalysts in the synthesis of quinoxalines was evaluated. The yields achieved were high, without formation of by-products resulting from competitive reactions or decomposition products, so the prepared materials are highly selective and reusable catalysts.
Resumo Catalisadores (SNX#WPA) baseados em ácido tungsofosfórico suportado em nanoestruturas de sílica (SNX) foram sintetizados com distribuição de tamanhos e diâmetros variados de mesoporos. Os SNX foram preparados em meio octano/aquoso usando poliestireno e brometo de cetiltrimetilamônio como modelos orgânicos. Os materiais foram caracterizados por DRX, TEM e adsorção/ dessorção de nitrogénio. A razão octano/ agua influenciou a morfologia e o tamanho do SNX, bem como a distribuição do tamanho dos poros. O SNX obtido usando razões OCT/ H2O na faixa de 0,07-0,35, possui mesoporos pequenos (5-6 nm) e grandes (28-34 nm) (gerados principalmente por poliestireno). Mesoporos grandes e sua contribuição em volume foram claramente maiores do que nas amostras SN1, SN2 e SN3. A estrutura e a morfologia do SNX#WPA foram semelhantes às do SNX usado como suporte. Além disso, a caracterização de todos os materiais SNX#WPA por FT-IR e 31P NMR indicou a presença das espécies [PW12O40]3- e [H3-XPW12O40](3-X)- sem degradar. De acordo com os resultados da titulação potenciométrica, os sólidos apresentaram locais ácidos muito fortes. A atividade do SNX#WPA como catalisadores na síntese de quinoxalinas foi avaliada, produzindo altos rendimentos, sem formação de subprodutos, resultando em materiais catalisadores altamente seletivos e reutilizáveis.
RESUMO
Resumen Se describió la intervención del mineral magnetita como catalizador o como soporte catalitico, un material inorgánico con una estructura de espinela inversa (FeFe204), en el desarrollo de un número importante de reacciones quimicas de interes cientifico, tecnológico y ambiental. Debido a la necesidad actual de generar procesos quimicos eficientes y favorables ambientalmente, la magnetita se ha convertido en un material promisorio en los contextos de la quimica verde, la quimica fina y la catálisis heterogénea. Este óxido de hierro se ha estudiado en diversas reacciones: catalizador másico, soporte catalitico de metales y de óxidos metálicos, núcleo de catalizadores tipo core-shell, o modificado mediante el anclaje de organocatalizadores y complejos metálicos. Se discute el desempeno catalitico de estos sistemas basados en magnetita, en reacciones de catálisis asimetrica, ambiental, ácido-base, de óxido-reducción, de sintesis multicomponente y de acoplamiento C-C. Particularmente, dichos catalizadores han mostrado enorme importancia en ciertas reacciones de tipo Sonogashira, Sonogashira-Hagihara, Mannich, Ullman, Knoevenagel, Suzuki-Miyaura y Fenton heterogénea, entre otras. Finalmente, se detallaron algunos usos tecnológicos de la magnetita en el contexto nacional (Colombia) y se intentó localizar geográficamente los depósitos importantes.
Abstract This manuscript contains a review on the mediation of magnetite, an inorganic material with an inverse spinel structure (FeFe204), being used as either catalyst or catalytic support in many chemical reactions of scientific, technological and environmental interest. Because of current awareness on the efficient and environmentally friendly chemical processes, magnetite has become as a promising material in contexts such as green chemistry, fine chemistry, and heterogeneous catalysis. This iron oxide has been used in several reactions as bulk catalyst, catalytic support of either metals or metal oxides, core in catalysts type core-shell, or as solid modified by grafting with organocatalysts and metal complexes. The catalytic performance of these systems has been described in some chemical processes such as: asymmetric catalysis, environmental catalysis, acid-base catalysis, redox reactions, multicomponent synthesis reactions, and those of C-C coupling. Particularly, these catalysts have shown large importance in a variety of reactions: Sonogashira, Sonogashira-Hagihara, Mannich, Ullman, Knoevenagel, Suzuki-Miyaura, and the Fenton heterogeneous reaction, among others. Finally, some technological uses of magnetite in the national context (Colombia) are detailed, and localizing geographically the most important deposits of this mineral in the Colombian region was intended.
Resumo Foi descrita uma intervenção da mineral magnetita, um material inorgânico com estrutura de espinela inversa (FeFe204), como catalisador ou como suporte catalitico no desenvolvimento de um número importante de reações quimicas de interesse cientifico, tecnológico e ambiental. Devido à necessidade atual de gerar processos quimicos eficientes e favoráveis ambientalmente, a magnetita surge como um material promissório nos contextos da quimica verde, da quimica fina e da catálise heterogénea. Este óxido de ferro e objeto de estudo em diversas reações: catalizador mássico, suporte catalitico de metais e de óxidos metálicos, núcleo de catalizadores tipo core-shell, ou modificado mediante a ancoragem de organocatalizadores e complexos metálicos. E descrito o desempenho catalitico deste tipo de sistemas em algumas reacóes de catálise assimetrica, ambiental, ácido-base, de óxido-redução, de sintese multicomponente y de acoplamento C-C. Particularmente, ditos catalisadores tem mostrado enorme importáncia em certas reações do tipo Sonogashira, Sonogashira-Hagihara, Mannich, Ullman, Knoevenagel, Suzuki-Miyaura e a reação Fenton heterogénea, entre outras. Finalmente, são detalhados alguns usos tecnológicos da magnetita no contexto nacional (Colômbia) e realiza-se um esforço por localizar geograficamente os depósitos mais importantes do mineral no território colombiano.
RESUMO
Objetivo. Evaluar tres tratamientos (lagunaje, fotocatálisis con TiO2 y desinfección química) para la inactivación de coliformes totales y Escherichia coli presentes en agua residual doméstica empleada para riego agrícola. Materiales y métodos. El agua residual fue caracterizada por medio de análisis físicos, químicos y microbiológicos. Posteriormente fue sometida a un tratamiento de lagunaje facultativo (TLF), pos tratamiento fotocatalítico (PTFTiO2/UV) y pos tratamiento químico (PTQ NaClO). Valorando la capacidad desinfectante de cada uno de ellos para inactivar coliformes totales y E. coli. A continuación se procesaron tres nuevos lotes de agua residual y se utilizaron para realizar pruebas de riego a escala de laboratorio por 30 días, empleando como modelo plantas de Lactuca sativa variedad Batavia y evaluando la concentración inicial y final de los dos grupos. Resultados. El PTFTiO2/UV fue significativamente superior que TLFLF y el PTQ NaClO (p<0,0001) obteniendo 100% de inactivación para coliformes y E. coli a los 30 minutos de irradiación a escala de reactor. Respecto a las pruebas de riego de L. sativa se demostró que al utilizar el agua tratada por PTFTiO2/UV no se presentó contaminación con E. coli y coliformes a los 30 días de proceso. Por el contrario en las plantas regadas con agua tratada por TLF y PTQ NaClO se observó un incremento en las dos poblaciones generando un problema de contaminación de las hortalizas al finalizar la prueba de laboratorio. Conclusión. La fotocatálisis heterogénea TiO2 fue un método eficaz para la reducción de coliformes y E.coli en aguas residuales domésticas.
Objective. To evaluate three treatments (facultative stabilization ponds, heterogeneous photocatalysis with TiO2 and chemical disinfection with sodium hypochlorite) for the inactivation of coliforms and Escherichia coli presen in domestic wastewaters used in agricultural irrigation. Materials and methods. Wastewater was characterized by physical, chemical and microbiological analyses and was then exposed to a facultative pond treatment (FPT), post-photocatalytic treatment (PTFTiO2/UV) and post-chemical treatment (PTQNaClO) to assess the disinfecting capacity of each method in the inactivation of total coliforms and E. coli. Three new samples of wastewater were processed and used in irrigation tests on a laboratory-scale basis for 30 days, using Lactuca sativa cultivar. Batavia as a model plant and evaluating the initial and final concentrations of the two groups. Results. PTFTiO2/UV was significantly higher than FPT and PTQNaClO (p<0.0001), obtaining 100% of inactivation of coliforms and E. coli after 30 minutes of irradiation at a reactor scale. Regarding the irrigation tests with L. sativa, we showed that using water treated by PTFTiO2/UV there is no contamination with E. coli and coliforms after 30 days. On the contrary, plants irrigated with water treated by FPT and PTQNaClO showed an increase in the two populations originating a contamination problem in the vegetable by the end of the laboratory experiments. Conclusion. The heterogeneous photocatalysis with TiO2 was an effective method in the reduction of coliforms and E. coli present in domestic wastewater.
Objetivo. Avaliar três tratamentos (lagoas, fotocatálise com TiO2 e desinfecção química) para inativação de coliformes totais e Escherichia coli presentes em águas residuais domésticas utilizadas na irrigação dos cultivos. Materiais e métodos. O efluente foi caracterizado por analises físicos, químicos e microbiológicos. Posteriormente foi submetido a tratamento de lagoas facultativas (TLF), pós-tratamento fotocatalítico (PTF TiO2/UV) e pós-tratamento químico (PTQ NaClO). Avaliando a capacidade desinfetante de cada um para inativar coliformes totais e E. coli. Posteriormente, foram processados três novos lotes de águas residuais para testar a irrigação em escala de laboratório por 30 dias, utilizando-se como modelo plantas de Lactuca sativa variedade Batavia e avaliando a concentração inicial e final dos dois grupos. Resultados. O PTFTiO2/UV foi significativamente maior a TLFLF e PTQ NaClO (p<0,0001) apresentando 100% de inativação para coliformes e E. coli em 30 minutos de irradiação a escala do reator. Quanto aos testes de irrigação de L. sativa foi demonstrado que, ao utilizar a água tratada com PTFTiO2/UV não se apresentou contaminação com E. coli e coliformes a 30 dias do tratamento. Em contrapartida, em plantas irrigadas com água tratada por TLF e PTQ NaClO observou-se um aumento nas duas populações gerando um problema de contaminação de hortaliças no final do teste de laboratório. Conclusão. A fotocatálise heterogênea TiO2 foi um método eficaz para reduzirem coliformes e E. coli em águas residuais domésticas.
RESUMO
En este trabajo se describe la preparación de la perovskita La0,75Sr0,25Co0,5Fe0,5O3, (LaSrCoFeO), empleando una ruta de química húmeda, mediante la polimerización con ácido cítrico, con el propósito de obtener materiales para potenciales aplicaciones electródicas en pilas de combustible de óxido sólido (SOFC); para ello, el sólido se caracterizó mediante difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido (SEM) y área superficial específica mediante el método BET, permitiendo determinar la formación de una fase tipo perovskita concordante con el registro JCPDS: 089-1267; la textura y el relieve encontrados son característicos del método de síntesis, confiriéndole al sólido cierto grado rugosidad. El tamaño de cristalito, calculado con el programa Scherrer Calculator, confirmó la presencia de cristalitos nanométricos, mientras que la composición global determinada mediante microanálisis de rayos X de energía dispersiva (EDX), indicó una buena concordancia entre la composición propuesta y la obtenida. La evaluación catalítica se realizó utilizando la descomposición de peróxido de hidrógeno en medio alcalino; este procedimiento permitió determinar que la reacción es de pseudo primer orden con respecto al peróxido, suponiendo que la masa de catalizador y la concentración de la base no inciden sobre la velocidad de reacción. Las isotermas de actividad, la energía aparente de activación, y en general la actividad observada, guardan buena correspondencia con resultados obtenidos para la descomposición de H2O2 sobre otros sólidos.
This paper describes the preparation of the La0,75Sr0,25Co0,5Fe0,5O3 perovskite (LaSrCoFeO), using a wet chemical route, through polymerization with citric acid, to obtain materials for potential applications like electrodes in solid oxide fuel cells (SOFC). The solid was characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and specific surface area by the BET method. This allows the determination of the formation of a perovskite type phase consistent with JCPDS registration: 089-1267. The texture and relief found are characteristic of the method of synthesis, giving the strong degree of roughness. The size of crystallites, calculated with the Scherrer Calculator software confirmed the presence of nanometric crystallites. The overall composition determined by X-ray microanalysis of energy dispersive (EDX) indicated a good correlation between the proposed and obtained. The assessment was carried out using the catalytic decomposition of hydrogen peroxide in alkaline medium, revealed that the reaction is pseudo first order with respect to peroxide, assuming that the mass of catalyst and concentration of the alkali do not affect the reaction rate, isotherms activity, apparent activation energy. In general activity observed corresponds to physical adsorption process.
Este estudo descreve a preparação da Perovskitas La0,75Sr0,25Co0,5Fe0,5O3 (LaSrCoFeO), utilizando uma rota química molhado, através da polimerização do ácido cítrico, a obtenção de materiais para aplicações potenciais em bateria eletrodos combustível de óxido sólido (SOFC), por esta razão, o som foi caracterizado por difração de raios X (XRD), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e determinação de área superficial específica por BET, permitindo determinar a formação de uma fase tipo Perovskitas coerente com JCPDS inscrições: 089-1267, textura e relevo encontrado são características do método de síntese, que o forte grau de rugosidade. O tamanho dos cristalitos, calculada com a Scherrer Calculadora confirmou a presença de agregados nanométricos, que a composição global determinada por microanálise de raios X de energia dispersiva (EDX) indicou uma boa correlação entre o proposto e obtido. A avaliação foi realizada utilizando a decomposição catalítica de peróxido de hidrogénio em meio alcalino, revelou que a reacção é pseudo-primeira ordem com relação ao peróxido, supondo que a massa de catalisador e concentração da base não afeta a velocidade da reação, isotermas actividade, ativação aparente da energia, e na atividade geral observada corresponde a processos de adsorção física.
RESUMO
The science of catalysis and surface science have developed, independently, key information for understanding catalytic processes. One might argue: is there anything fundamental to be discovered through the interplay between catalysis and surface science? Real catalysts of monometallic and bimetallic Co/Nb2O5 and Pd-Co/Nb2O5 catalysts showed interesting selectivity results on the Fischer-Tropsch synthesis (Noronha et al. 1996, Rosenir et al. 1993). The presence of a noble metal increased the C+5 selectivity and decreased the methane formation depending of the reduction temperature. Model catalyst of Co-Pd supported on niobia and alumina were prepared and characterized at the atomic level, thus forming the basis for a comparison with "real" support materials. Growth, morphology and structure of both pure metal and alloy particles were studied. It is possible to support the strong metal support interaction suggested by studies on real catalysts via the investigation of model systems for niobia in comparison to alumina support in which this effect does not occur. Formation of Co2+ penetration into the niobia lattice was suggested on the basis of powder studies and can be fully supported on the basis of model studies. It is shown for both real catalysts and model systems that oxidation state of Co plays a key role in controlling the reactivity in Fischer-Tropsch reactions systems and that the addition of Pd is a determining factor for the stability of the catalyst. It is demonstrated that the interaction with unsaturated hydrocarbons depends strongly on the state of oxidation.
As ciências da catálise e da superfície têm desenvolvido independentemente temas básicos para o entendimento de processos catalíticos. Pode-se até questionar se há ainda algo fundamental para ser descoberto através da interface entre catálise eciência da superfície? Catalisadores mono e bimetálicos de Co/Nb2O5 e Pd-Co/ Nb2O5 apresentaram resultados interessantes de seletividade na síntese de Fischer-Tropsch (Noronha et al. 1996, Roseniret al. 1993). A presença de metal nobre aumentou a seletividade de C+5 e diminuiu a formação de metano dependendo da temperatura de redução. Catalisadores modelo de Co-Pdsuportados em nióbia e alumina foram preparados e caracterizados a nível atômico, servindo de base para comparação do catalisador "real". Foram estudados o crescimento de partículas, bem como a morfologia e a estrutura de partículas de ambos, metal puro e ligas. É possível suportar as propostas que sugerem uma forte interação metal suporte em catalisadores reais através das pesquisas em sistemas modelos para nióbia quando comparadas com suportes de alumina onde estes efeitos não aparecem. A formação de Co2+ penetrando na rededa nióbia, sugerida para catalisadores em forma de pó, foi totalmente confirmada pelos estudos em catalisadores modelo. Mostrou-se ainda que para ambos os sistemas reais e modelos, que o estado oxidado do Co tem papel fundamental na reatividade das reações de Fischer-Tropsch e que a adição de Pd é um fator determinante para a estabilidade do catalisador. Demonstrou-se que a interação com hidrocarbonetos insaturados depende fortemente do estado oxidado do metal.