Síntese e caracterização de um polímero de coordenação à base de ferro(III)-ciamelurato como catalisador para reações tipo-Fenton

Abstract

A catálise é crucial para a descarbonização global. Portanto, o desenvolvimento de catalisadores mais eficientes é vital para um futuro sustentável. Polímeros de coordenação são uma das classes de compostos mais promissoras para atender às novas exigências tecnológicas e ambientais. No entanto, os principais desafios associados à síntese destes materiais residem na necessidade de desenvolver processos mais acessíveis, menos prejudiciais ao ambiente e, principalmente, com boa estabilidade em meio aquoso. Diante desse cenário, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de um novo catalisador heterogêneo avançado baseado em um polímero de coordenação preparado com íons de ferro (III) e ânions ciameluratos para aplicação em reações tipo-Fenton. Primeiramente, os ânions ciameluratos foram obtidos a partir da hidrólise alcalina controlada de nitreto de carbono grafítico polimérico (g-C3N4) e em seguida usados na preparação, em meio aquoso, do composto metálico. Os materiais preparados foram caracterizados por diversas técnicas, incluindo TGA, FTIR, DRX, HRTEM e STEM. A boa estabilidade estrutural e eletrônica do polímero em meio aquoso motivou a avaliação de sua atividade catalítica tipo-Fenton heterogênea, utilizando uma molécula modelo, o corante índigo carmim. Os resultados destacam uma eficiência catalítica notável em ambientes ácidos e básicos. A constante cinética de pseudo-primeira ordem, normalizada pela concentração de ferro (III), foi aproximadamente 1000 vezes superior em comparação com aquelas obtidas para os catalisadores heterogêneos tradicionais, baseados em oxihidróxidos de ferro (III). A boa atividade catalítica em meios ácido e básico foi atribuída a maior acessibilidade e uniformidade dos sítios cataliticamente ativos disseminados por toda a estrutura do polímero de coordenação. Em adição, a frequência de reação (do inglês Turnover frequency, TOF) foi similar a observada para catalisadores homogêneos. Por outro lado, o teste de reusabilidade mostrou uma diminuição da cinética da reação, mas os resultados ainda foram próximos aos observados para outros catalisadores heterogêneos. Por fim, os resultados não apenas confirmam a bem-sucedida síntese do polímero, mas também revelam sua boa eficiência catalítica para aplicações em processos de degradação química. Este estudo apresenta uma contribuição significativa para o avanço no desenvolvimento de catalisadores heterogêneos de alta eficiência baseados em polímeros de coordenação para aplicações em reações do tipo-Fenton e áreas correlatas.