Síntese e caracterização de compósitos de ferrita de manganês/carvão ativado

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo principal sintetizar e caracterizar compósitos de ferrita de manganês com carvão ativado, à base de biomassa de casca de maçã, visando sua aplicação futura como material adsorvedor de gases. O interesse nessa classe de materiais tem seu foco na busca por alternativas para mitigar as emissões de gases associados ao efeito estufa, em particular, o dióxido de carbono (CO2). Foram sintetizados cinco compósitos utilizando o método de síntese por combustão em solução (SCS), onde três amostras com razões Ferrita/Carvão Ativado diferentes (F/C 1/1, 1/2 e 2/1) foram obtidas e comparadas a outras duas amostras com razão F/C 1/1: uma sem repouso da mistura reacional e outra com razão Glicina/Nitrato (G/N) 2,5, em contraste às demais (para as quais G/N = 1,5). Foi sintetizada, também, uma amostra de ferrita de manganês pura (nominal) para corroborar a interpretação das caracterizações dos compósitos, realizadas através das técnicas de difração de raios-X (DRX), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (IV-TF), termogravimetria (TGA) e adsorção e dessorção de nitrogênio (N2). Através das análises de DRX foi verificada a formação da fase ferrita nos compósitos, enquanto a amostra de ferrita pura (nominal) apresentou também a fase magnetita. Ainda a partir dos dados de DRX, os compósitos exibiram tamanhos médios de cristalitos menores, sendo observado que o aumento da biomassa na mistura favoreceu a diminuição das dimensões dos nanocristalitos. Os ensaios de EDS confirmaram a presença dos elementos que compõem a fase da ferrita e do carvão ativado (Fe, Mn, O, K e C). As análises de IV TF confirmaram a fase ferrita e indicaram uma grande variedade de estruturas químicas diferentes associadas ao carvão parcialmente oxidado. As análises de TGA apresentaram perdas de massa abaixo de 100°C, em 200°C, 380°C e entre 605°C e 670°C. Os resultados texturais das amostras indicaram que os compósitos são materiais mesoporosos, todavia, os valores de área superficial e volume de poros não indicaram valores consideráveis para materiais com altas propriedades adsortivas, indicando a necessidade do aprimoramento e controle dos parâmetros cinéticos e termodinâmicos da síntese utilizada, visando aumentar a homogeneidade da estrutura e a porosidade dos compósitos. Foi realizada a análise de adsorção de CO2 nas amostras sintetizadas, porém, o resultado foi inconclusivo.