Híbridos POM/celulose/sílica para a oxidação de COV em ar poluído

Abstract

Nesta dissertação pretendeu-se avaliar a atividade catalítica de polioxometalatos à base de vanádio (H4PMo11VO40 e H5PMo10V2O40), suportados em materiais híbridos de celulose-sílica (HCS-V e HCS-V2, respetivamente) para a oxidação de compostos orgânicos voláteis (COV) presentes no ar poluído. Além disso, também se sintetizou, caracterizou e testou um novo POM à base de ruténio α-SiW9Ru4), suportado em híbridos de celulose-sílica (HCS-Ru). A caracterização do HCS-Ru foi realizada por análise termogravimétrica (TGA), difração de raios-X (XRD), análise elementar, espectroscopia de infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR) e por espectroscopia de refletância difusa. Desta análise foi possível concluir quanto à maior estabilidade térmica e menor cristalinidade do híbrido em comparação com a pasta celulósica de origem. Por outro lado, também foi possível confirmar a presença do polioxometalato e determinar a relação molar W/Ru no HCS-Ru. Os estudos de oxidação foram efetuados com ar poluído urbano, por amostragem direta ou em saco, passando o ar em tubos com HCS-POM (catalisador) em paralelo com tubos contendo o HCS (branco). A corrente efluente foi introduzida em tubos de adsorção, contendo resinas porosas Carbopack-B e Carbopack-C, pelo método de amostragem ativa. Os COV foram analisados num sistema constituído por um injetor de desadsorção térmica acoplado a um cromatógrafo de fase gasosa com detetor de ionização de chama (GC/FID). Os materiais HCS-V e HCS-V2 apresentam elevada atividade catalítica na oxidação de diferentes famílias de COV, mostrando-se o catalisador HCS-V mais eficaz que o catalisador HCS-V2. Também foi testado o efeito de alguns parâmetros que poderiam influenciar a atividade dos catalisadores, tais como a composição do ar (amostragem on-line ou em saco), a presença de água (trap com carbonato de potássio), o método de síntese dos catalisadores e a presença de ozono (trap com iodeto de potássio). O teste de atividade catalítica ao HCS-Ru permitiu confirmar a elevada atividade catalítica para a degradação de COV, revelando-se assim bastante promissor na sua utilização em catálise oxidativa.

The aim of the present work was to evaluate the catalytic activity of vanadium polyoxometalates (H4PMo11VO40 and H5PMo10V2O40), supported on cellulosesilica hybrid materials (HCS-V and HCS-V2, respectively) for the oxidation of volatile organic compounds (VOC) in polluted air. Furthermore, a new ruthenium catalyst α-SiW9Ru4), supported on cellulose-silica hybrid materials (HCS-Ru) was synthesized, characterized and tested. The characterization of HCS-Ru was done by thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), elemental analysis, Fourier Transform Infrared Spectra (FTIR) and diffuse reflectance spectroscopy. These analyses revealed that hybrid materials have higher thermal stability and lower crystallinity than the corresponding cellulose material. Besides, the presence of polyoxometalate was confirmed and the molar ratio W/Ru in HCS-Ru was determined. The oxidation studies were carried out with polluted urban air by passing it through tubes with the HCS-POM (catalyst) and HCS (blank). The exit stream was introduced into adsorbent tubes with porous resins Carbopack B and Carbopack-C by the active sampling method. The VOC were analyzed in a system with a thermal desorption injector and gas chromatograph with flame ionization detector (GC/FID). The catalysts HCS-V and HCS-V2 have high activity for the oxidation of different families of VOC, being the catalyst HCS-V more effective than the HCS-V2. Parameters such as the composition of the sampled air (sample online or in bag), the presence of water (trap with potassium carbonate), the synthesis of the catalyst and the presence of ozone (trap with potassium iodide) were also studied. The catalytic activity test confirmed the high activity of HCS-Ru for the degradation of VOC, revealing this material as very promising for oxidative catalysis.