trabalho catalisador Heterogêneo

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Universidade do estado de Santa Catarina – UDESC 
Centro de educação superior do Oeste – CEO 
Departamento de engenharia de alimentos e engenharia química – DEAQ 
Curso: Engenharia química 
Disciplina: Cálculo de reatores B 
Docente: Heveline Enzweiler 
Discente: Alessandra Secco Nesi 
 
CATALISADOR g-C3N4@COF ISENTO DE METAL APLICADO PARA 
ELIMINAR POLUENTES ORGÂNICOS. 
 
1. DESCRIÇÃO 
Estruturas orgânicas covalentes (COFs) são estabelecidas como uma classe de 
polímeros porosos cristalinos com alta área superficial e diversidade estrutural, exibindo 
aplicações potenciais em catálise. Os COFs são formados a partir de ligações covalentes 
irreversíveis, e dessa forma, são estruturas termodinamicamente mais estáveis. Os estudos 
utilizando COFs como catalisadores tem atraído grande interesse desde o primeiro 
exemplo de sucesso na síntese de COF (COF-1 E COF-5) que foi em 2005 por Yaghi e 
colaboradores. Os COFs podem ser categorizados em estruturas bidimensionais (2D) e 
tridimensionais (3D). Eles têm uma estrutura de rede aberta formando canais nanoporos 
com tamanhos uniformes variando de angstroms a nanômetros (HU et al., 2018). 
Segundo Hu et al. (2018) os COFs são ideais para aplicações de catálise, pois são 
materiais com alta porosidade, versatilidade funcional, fácil modificação e excelente 
estabilidade. 
2. CARACTERÍSTICAS 
Os COFs são formados por blocos de montagem orgânicos ligados entre si por 
ligações covalentes fortes. Suas principais características são: ser um material cristalino, 
possuir ligações covalentes fortes do tipo C-C, C-O, C-N e C-B, apresentar alta área 
específica, ter baixa densidade, apresentar procedimentos de síntese com elevados 
rendimentos e ter baixa solubilidade (CARNEIRO,2016). 
Uma característica muito importante é que uma grande variedade de moléculas 
orgânicas que podem ser usadas como blocos de montagem, o que garante um número 
enorme de possibilidades que podem ser exploradas para produção de novos tipos de 
COFs (CARNEIRO,2016). Sendo que, com um mesmo bloco, é possível sintetizar 
diferentes materiais, a figura 1 demostra esse comportamento. 
Figura 1. Diferentes COFs formados a partir de um bloco de montagem em 
comum, o HHTP 
 
Fonte: CARNEIRO, 2016 
Os COFs podem ser combinados com outros materiais funcionais, como grafeno, 
nanopartículas metálicas (NPs) e até outros COFs, exibindo ainda características 
estruturais de componentes individuais, mas adquirindo novas propriedades para uma 
catálise mais eficiente (YAO et al., 2019). 
Pode se considerar que uma das principais características dos COFs é a cristalinidade. 
Sendo que a síntese de moléculas de longa extensão e complexas como a dos COFs é 
baseada na química covalente dinâmica, que é um processo com o objetivo de formar 
espécie de menor energia através da reversibilidade das reações. A vantagem da 
reversibilidade da reação é a possibilidade da estrutura se “autocorrigir” até obter 
configuração característica de material cristalino (CERNEIRO, 2016). 
3. SÍNTESE 
A síntese do COF-1 surgiu da ideia de desidratação do ácido borônico. A reação de 
desidratação molecular com 3 moléculas de ácido borônico gera a perda de 3 moléculas 
de água resultando em uma estrutura planar, com um hexágono central de composição 
B3O3, e três anéis hexagonais de carbono ligados a ele (LINO, 2007). A figura 2 
demonstra a síntese do COF-1 e do COF-5. 
Figura 2. Demonstração da síntese dos primeiros COFs. 
 
Fonte: LINO, 2007. 
O método utilizado para a sintetização do COF foi a moagem mecânico-química livre 
de solvente à temperatura ambiente. Resumidamente, 1, 3, 5-triformilfloroglucinol (63 
mg, 0,30 mmol) e p -fenilenodiamina ( 48 mg, 0,44 mmol) como blocos de construção 
foram mecanicamente moídos em pós finos. Após 5 min, uma mistura de mesitileno (3 
mL), dioxano (3 mL) e ácido acético (0,03 mL) foi adicionada gota a gota. Após 45 min 
de trituração, as amostras vermelhas produzidas foram obtidas por centrifugação e depois 
lavadas com metanol e diclorometano como eluentes para remover alguns materiais de 
partida não reagidos e impurezas oligoméricas. Finalmente, o pó coletado foi seco a 
180 °C por 24 h gerando um pó vermelho opaco (YAO et al., 2019). 
Para a Síntese do catalisador g-C3N4@COF foi adicionado uma certa quantidade do 
g-C3N4 (nitreto de carbono grafítico) e COF a uma proporção de 3: 1 em peso, os dois 
componentes foram completamente misturados em metanol formando uma solução bem 
dispersa. Após a volatilização do metanol, a mistura foi moída em partículas finas, 
aquecida a 600 ° C por 2 h sob atmosfera de nitrogênio, o pó resultante foi lavado e seco 
obtendo-se assim o catalisador g-C3N4@COF (YAO et al., 2019). A figura 3 mostra um 
esquema da sintetização do g-C3N4@COF. 
Figura 3. Esquema para sintetização do catalizador 
 
Fonte: YAO et al., 2019 
4. APLICAÇÕES 
Em escala laboratorial foi testada a utilização do g-C3N4@COF junto com PMS sob 
condições amenas na remoção de Laranja II da água. Após 60 min de reação ouve uma 
transformação de cor da solução de laranja para incolor, algumas análises feitas também 
mostraram que ouve um bom efeito de descontaminação, demonstrando que 
gC 3 N 4 @COF é um catalisador eficaz para a remoção de Laranja II. Outros poluentes 
orgânicos (rodamina B, azul de metileno, violeta de metila, vermelho neutro e laranja de 
metila) foram utilizados para analisar a atividade do g-C3N4@COF. Notou-se que todos 
os orgânicos foram consideravelmente decompostos pelo sistema gC 3 N 4 @COF/ PMS, 
e a eficiência da reação pode atingir 96,2–100% em 90 minutos. Os testes foram 
realizados apenas alguns contaminantes orgânicos, sendo que testes com efluentes reais 
de águas residuárias ainda não foram realizados (YAO et al., 2019). 
5. REFERÊNCIAS 
CARNEIRO, Leonardo Simões de Abreu. Covalent Organic Frameworks baseados 
em carbazóis: concepção, síntese e caracterização. 2016. 112 f. Dissertação (Mestrado) 
- Curso de Química, Pontifíca Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 
2016. 
HU, Hui et al. Covalent organic frameworks as heterogeneous catalysts. Chinese Journal 
Of Catalysis, [s.l.], v. 39, n. 7, p.1167-1179, jul. 2018. Elsevier BV. 
http://dx.doi.org/10.1016/s1872-2067(18)63057-8. 
LINO, Maurisan Alves. Nanoestruturas Formadas por Redes Orgˆanicas 
Covalentes. 2007. 43 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Física, Universidade Federal 
de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2007. 
YAO, Yunjin et al. Metal-free catalysts of graphitic carbon nitride–covalent organic 
frameworks for efficient pollutant destruction in water. Journal Of Colloid And Interface 
Science, [s.l.], v. 554, p.376-387, out. 2019. Elsevier BV. 
http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2019.07.002.