Catálise mono e bimetálica : uma via alternativa sustentável no tratamento de efluentes

Abstract

A crescente concentração de produtos químicos nas águas e os padrões cada vez mais rigorosos no controlo da qualidade para água potável gera, a necessidade urgente de desenvolver novas tecnologias e melhorar os processos de tratamento de água. Uma grande variedade de tecnologias aplicadas ao tratamento de água, tais como processos físico-químicos, métodos biológicos e catalíticos são usados na remoção de poluentes nos quais se incluem os nitratos e os bromatos. A redução catalítica tem sido indicada como um dos métodos mais promissores na remoção de nitratos e bromatos em águas. O mecanismo é descrito como reações consecutivas e paralelas onde os iões contaminantes são reduzidos com o auxílio de catalisadores metálicos na presença de hidrogénio. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver catalisadores heterogéneos mono e bimetálicos com propriedades que promovam a redução catalítica de iões nitrato e iões bromato em água. Os catalisadores metálicos foram preparados através da imobilização dos metais: Pd, Cu, Th e Rh em zeólitos NaY e ZSM5 por dois métodos distintos, a permuta iónica e a impregnação incipiente. Os catalisadores heterogéneos foram caracterizados por diversas técnicas analíticas tais como: microscopia eletrónica de varrimento acoplado com EDX, espetroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios-X, isotérmicas de adsorção N2 e redução de temperatura programada. Foram também efetuados estudos de atividade catalítica na redução de nitratos e bromatos em águas. A caracterização morfológica e estrutural dos catalisadores monometálicos e bimetálicos mostraram que a inserção de iões metálicos não alterou significativamente a integridade da estrutura cristalina dos zeólitos. Os estudos catalíticos evidenciam que os catalisadores Cu/PdZSM5 e Cu/PdNaY preparados por impregnação incipiente são os mais promissores na redução de nitratos, uma vez que apresentam maior atividade e seletividade. Em relação à redução dos bromatos foi possível concluir que os catalisadores preparados por permuta iónica exibem melhores resultados do que os preparados por impregnação incipiente. Os resultados permitem ainda concluir que os catalisadores bimetálicos com Pd são os que apresentam melhor atividade e seletividade neste tipo de reação.

The increasing concentration of chemicals in the water and the increasingly rigorous standards on quality control for drinking water raises the urgent need to develop new technologies and improve the processes of water treatment. A wide variety of technologies in water treatment, such as physical and chemical processes, catalysts and biological methods are used for the removal of pollutants which include nitrates and bromates. The catalytic reduction has been indicated as the most promising methods for the removal of bromate and nitrate in water. The mechanism is described as consecutive and parallel reactions in which the contaminant ions are reduced with the aid of metal catalysts in the presence of hydrogen. In this context, this work aims to develop mono- and bimetallic heterogeneous catalysts with properties that promote catalytic reduction of nitrate ions and bromate ions in water. The metal catalysts were prepared by introduction of metals: Pd, Cu, Th and Rh in NaY and ZSM5 zeolites by two different methods, ion-exchange and impregnation by incipient wetness. The heterogeneous catalysts were characterized by different analytical techniques such as: scanning electron microscopy coupled with EDX (SEM-EDX), infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption isotherms and reduced programmed temperature (TPR). The studies of the catalytic activity of the catalysts were carried out in the reduction of nitrate and bromate in water. The morphological and structural characterization of monometallic and bimetallic catalysts showed that the insertion of metal ions did not modify the integrity of the zeolite structures. Catalytic studies show that the catalysts Cu/PdZSM5 and Cu/PdNaY prepared by impregnation are the most promising in reducing nitrates, since they show higher activity and selectivity. Regarding the reduction of bromate was possible to conclude that the catalysts prepared by ion exchange exhibited better results than those prepared by impregnation. The results allow concluding that even with Pd bimetallic catalysts are those with better activity and selectivity in this type of reaction.