Quantificação de BTEX utilizando medidas quantitativas de RMN ¹³C para estudos da seletividade de adsorção em polímeros de coordenação

Autor: FRÓS, Allana Christina de Oliveira
Přispěvatelé: KULESZA, Joanna Elzbieta, HALLWASS, Fernando
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFPE
Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)
instacron:UFPE
Popis: CNPq Benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (BTEX), fazem parte de uma classe de compostos orgânicos voláteis (COVs) que são precursores muito importantes na indústria petroquímica. Dentre as diferentes abordagens utilizadas para o tratamento de BTEX, a tecnologia de adsorção utilizando materiais porosos, tem sido reconhecida como uma abordagem eficiente. Um dos materiais mais promissores são polímeros de coordenação (PCs). Os PCs são constituídos de subunidades inorgânicas (íons ou clusters metálicos) conectadas por ligantes orgânicos multidentados que conferem a eles propriedades para aplicação em processos de adsorção. Neste trabalho foi desenvolvido um protocolo de quantificação em qRMN de 13C para adsorção de compostos orgânicos voláteis (COVs) em polímeros de coordenação, sendo ampliado para adsorção de moléculas de ibuprofeno, tiofeno e corantes. Foram avaliadas as capacidades adsortivas de dez materiais adsorventes, os quais foram classificados em: (I) Zn-calix-PC; Zn-calixTAA e Zn-calix-TAA-bpy, (II) Zn_MOFs; sintetizadas por diferentes métodos (Temperatura ambiente -TA; Assistido por Ultrassom – US e Eletroquímico – EQ); Zn_MOF_US, Zn_MOF_TA e Zn_MOF_EQ. (III) Cu_MOFs Cu(1,4-BDC) (IV) Gd/Eu_MOF; (Fe3O4)(GdEuBTC) e (V) óxidos de zinco; ZnO_US e ZnO_TA. Foram utilizados quatro sistemas de adsorção não – equivalentes (A; xilol, B; xilol/tolueno, C; xilol/benzeno, D; BTEX) e dois sistemas equivalentes – em volume – (E; tolueno/benzeno, F; BTEX). Zn-calix-PC e Zn_MOFs foram testadas em todos os sistemas propostos, enquanto, os óxidos de zinco, foram testados com o sistema B; Zn_MOF_EQ e Cu(1,4-BDC) testados no sistema D e Gd/Eu(BTC) e (Fe3O4)(Gd/Eu(btc)) testados para o sistema A. Os testes de adsorção foram realizados utilizando 30 mg do adsorvente imersos em uma solução contendo uma mistura de adsorbatos de composição conhecida, em um tempo de 2h, sem agitação e à temperatura ambiente. A quantidade dos compostos adsorvida foi calculada com base na intensidade de um sinal, que é diretamente proporcional ao número de núcleos de carbono que compõem o sinal. Além disso, a técnica de qRMN 13C foi utilizada para estimar a polaridade de superfície de cada adsorvente e avaliar a seletividade dos adsorventes para as moléculas polares e apolares. A Zn-calix-TAA, Zn-calix-TAA-bpy, Zn_MOF_US e Zn_MOF_TA, adsorventes apolares, exibiram maiores adsorções de benzeno (38,3; 41,1; 119,7 e 88,0 mmol/g). Zn_MOF_US, Zn_MOF_TA e ZnO_US apresentaram significativas quantidades adsorvidas de tolueno (92,66; 34,70, 78,8 e 22,53 mmol/g) na ausência de benzeno. A Zn_MOF_US foi encontrado como o adsorvente mais seletivo na adsorção de benzeno. Sua adsorção notável de benzeno foi associada à escolha do método de síntese, que forneceu partículas pequenas e uniformes, aumentando a eficiência de adsorção. Além desses parâmetros, outros fatores como tamanho de poro, polaridade de superfície e área superficial afetaram diretamente a seletividade. Ficou constatado que a técnica de qRMN 13C foi eficiente para a quantificação de COVs, ibuprofeno, corantes e tiofeno. Benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX) are in a class of volatile organic compounds (VOCs) that are very important precursors in the petrochemical industry. Among different approaches used for BTEX treatment, adsorption technology using porous materials has been recognized as an efficient approach. One of the most promising materials are coordination polymers (CPs). The CPs are consisted of inorganic subunits (ions or metal clusters) connected by multidentate organic binders that give them properties for application in adsorption processes. In this work, the 13C qRMN quantification protocol for the adsorption of volatile organic compounds (VOCs) in coordination polymers was developed, and expanded for the adsorption of ibuprofen, thiophene and dyes molecules. The adsorptive capacities of ten adsorbent materials were evaluated, which were classified as: (I) Zn-calix-PC; Zn-calix-TAA and Zn-calix-TAA-bpy, (II) Zn_MOFs; synthesized by different methods (Ambient Temperature -TA; Ultrasound Assisted - US and Electrochemical - EQ); Zn_MOF_US, Zn_MOF_TA, and Zn_MOF_EQ. (III) Cu_MOFs Cu(1,4-BDC) 2.H2O; (IV) Gd/Eu_MOF; (Fe3O4) (GdEuBTC), and (V) zinc oxides; ZnO_US and ZnO_TA. Four non - equivalent adsorption systems (A; xylenes, B; xylenes/toluene, C; xylenes/benzene, D; BTEX) and two equivalent by volume systems - (E; toluene/benzene, F; BTEX) were used. Zn-calix-PC and Zn_MOFs were tested in all proposed systems, while zinc oxides were tested with system B; Zn_MOF_EQ and Cu(1,4-BDC) tested in system D and Gd/Eu (BTC) and (Fe3O4) (Gd/Eu(btc)) tested for system A. The adsorption tests were performed using 30 mg of the adsorbent immersed in a solution containing a mixture of adsorbates of known composition, for 2h, without agitation and at room temperature. The amount of adsorbed compounds was calculated based on the intensity of the signal, which is directly proportional to the number of carbon nuclei present in the signal. In addition, the qRMN 13C technique was used to estimate the surface polarity of each adsorbent and to evaluate the selectivity of adsorbents towards polar and nonpolar molecules. Zn-calix-TAA, Zn-calix-TAA-bpy, Zn_MOF_US and Zn_MOF_TA, non-polar adsorbents, exhibited high benzene adsorption (38.3; 41.1; 119.7 and 88.0 mmol/g). Zn_MOF_US, Zn_MOF_TA, and ZnO_US showed significant toluene adsorption (92.66; 34.70, 78.8 and 22.53 mmol/g) in the absence of benzene. Zn_MOF_US was found as the most selective adsorbent for benzene adsorption. Its remarkable benzene uptake was associated with the choice of synthesis method, which provided small and uniform particles increasing the adsorption efficiency. In addition to these parameters, other factors such as pore size, surface polarity and surface area directly affected the selectivity. The qRMN 13C technique was found to be an efficient method for the quantification of VOCs, ibuprofen, dyes and thiophene.
Databáze: OpenAIRE
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