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Tipo do documento: Dissertação
Title: Síntese e caracterização de substratos vítreos para a obtenção de nanopartículas metálicas e aplicação na redução de nitrofenóis
Other Titles: Synthesis and characterization of glassy substrates for the obtainment of metallic nanoparticles and application in the reduction of nitrophenols
Autor: Locatelli, Poliane Patricia Pelisão 
Primeiro orientador: Borba, Carlos Eduardo
Primeiro coorientador: Schneider, Ricardo
Primeiro membro da banca: Borba, Carlos Eduardo
Segundo membro da banca: Silva, Edson Antônio da
Terceiro membro da banca: Bini, Rafael Admar
Resumo: Sistemas vítreos baseados em compostos de boro e fósforo permitem a obtenção de nanopartículas metálicas auto-suportadas sobre a sua superfície, quando dopados com íons de metais de transição. O vidro é a fonte e o meio reacional para o crescimento das nanopartículas. Vidros dopados com íons cobre tornam possível a síntese e imobilização de nanopartículas de cobre (CuNPs). Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi sintetizar e caracterizar vidros borofosfato dopado com diferentes concentrações (3, 6, 9 e 12 mol%) de íons Cu+, e sua aplicação como meio de crescimento “in situ” de CuNPs pela reação do vidro com íons BH_4^-, e sua aplicação na redução catalítica de p-nitrofenol. Adicionalmente, propor um modelo matemático que possa descrever todo o processo da reação de redução do p-nitrofenol. As amostras vítreas foram preparadas pelo método de fusão/resfriamento e caracterizadas pelas técnicas de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de espalhamento Raman, análise térmica diferencial (DTA), difratometria de Raios-X (DRX) e espectroscopia de emissão óptica por plasma indutivamente acoplado (ICP-OES). A confirmação da formação das CuNPs na amostra vítrea foi realizada pelas técnicas de espectroscopia de absorção na região ultravioleta-visível (UV-Vis) e DRX. As cinéticas da reação de redução do PNP foram monitoradas por UV-Vis. Os resultados obtidos mostraram que a matriz de vidro borofosfato com maior concentração de íons Cu+ (12 mol%) apresentou-se mais eficiente na cinética de redução do p-nitrofenol. Além disso, foi verificado um menor tempo de indução, para esta mesma concentração de cobre na matriz, (i.e., com o aumento da concentração inicial de íons cobre na matriz vítrea, ocorreu a diminuição gradativa do tempo de indução). Adicionalmente, foram realizados testes cinéticos variando a granulometria do catalisador, com quatro faixas de tamanho distintas. Deste modo, a cinética mais eficiente, apresentando um k_app de 1,61 min-1 e um tempo de indução de 0 min, foi observada para as partículas de vidro de menores tamanhos, com a concentração de cobre na matriz vítrea de 12 mol%. Somado a isso, foi avaliado o reuso do catalisador com 12 mol% de íons Cu+, o qual apresentou uma maior eficiência com sucessivas utilizações, sendo possível utilizá-lo por seis vezes. Por fim, foram propostos quatro modelos matemáticos para descrever o processo de redução catalítica de p-nitrofenol. Dentre os modelos apresentados, o que obteve um melhor ajuste aos dados experimentais foi o baseado no mecanismo cinético de Langmuir-Hinshelwood associado a uma taxa semi-empírica de crescimento das CuNPs na matriz vítrea.
Abstract: Glass systems based on boron and phosphorus compounds allow the obtaining of self-supported metallic nanoparticles on their surface when doped with transition metal ions. The glass is the source and the reactive medium for the growth of nanoparticles. Doped glass with ions copper enable the synthesis and the immobilization of copper nanoparticles (CuNPs). In the sense, the objective of this work was to synthesise and characterize the doped borophosphate glasses with different concentrations (3, 6, 9 and 12 mol%) of Cu+ ions. Moreover, the appplication of the glasses as an “in situ” growth of CuNPs by reaction of the glass with borohydride ions, and its performance in the p-nitrophenol catalytic reduction. Furthermore, we propose a mathematical model that can describe the whole p-nitrophenol reduction reaction process. The glass was obtained by the fusion/cooling method and characterized by infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, differential thermal analysis, X ray diffraction (XDR) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). The confirmation of CuNPs formation onto vitreous sample was performed by UV-Vis and XDR spectroscopy techniques. The kinetics of the p-nitrophenol reduction reaction was monitored by UV-Vis spectroscopy. The results showed that the borophosphate glass matrix with high concentration of Cu+ ions (12 mol%) was more efficient of reduction p-nitrophenol in the kinetics. Moreover, a lower induction time was noticed for this concentration of copper ions into glass matrix (i.e., with an increased initial concentration of copper ions in the glass matrix, was the gradual reduction of the induction time). Additionally, kinetic tests were carried out varying the particle size of the catalyst with four size ranges. Thus, the most efficient kinetics, with a kapp of 1.61 min-1 and without observable induction time, was observed for the smaller sized glass particles with the concentration of copper in the glass matrix of 12 mol%. Moreover, the glass catalyst reuse was evaluated which showed a higher efficiency with successive uses, and it can be applied for six times. Finally, four mathematical models have been proposed to describe the p-nitrophenol catalytic reduction process. Among the models presented, the best fit to the experimental data was based on the Langmuir-Hinshelwood kinetic mechanism associated to a semi-empirical growth rate of the CuNPs in the glass matrix.
Keywords: Vidros borofosfato
Crescimento “in situ” de CuNPs
Redução de p-nitrofenol
Reuso do catalisador
Modelo semi-empírico
Borophosphate glasses
In situ” growth of CuNPs
p-Nitrophenol reduction
Catalyst reuse
Semi-empirical model
CNPq areas: ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Campun: Toledo
Citation: LOCATELLI, Poliane Patricia Pelisão. Síntese e caracterização de substratos vítreos para a obtenção de nanopartículas metálicas e aplicação na redução de nitrofenóis. 2018. 85 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://tede.unioeste.br/handle/tede/5395
Issue Date: 23-Mar-2018
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química (TOL)

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