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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autora: Varela, Maria do Carmo Rangel Santos
Título: Obtenção e Caracterização de (Hidr)Óxidos de Ferro
Ano: 1991
Orientador: Prof. Dr. Fernando Galembeck
Departamento: Físico-Química
Palavras-chave: -
Resumo: Magnetita foi obtida pela decomposição térmica do hidroxoacetato de ferro III (HAF), sob nitrogênio. Foram preparados materiais de diferentes propriedades variando-se a temperatura de aquecimento do HAF e as condições de sua preparação (teor de acetato nos sólidos, material de partida e associação com outros metais). Géis de hidróxidos de ferro III foram produzidos por hidrólise de nitrato ou cloreto férrico com amônia e transformados em HAF por sorção com acetato de amônia. A associação do HAF com outros metais foi feita por impregnação ou co-precipitação. No primeiro caso, o nitrato férrico foi hidrolisado em presença de sílica ou alumina. No outro, fêz-se a hidrólise simultânea de nitratos de ferro e de alumínio ou de nitratos de ferro e de cromo obtendo-se hidroxoacetatos mistos. Amostras de HAF, impregnadas com cromo, foram preparadas por sorção de nitrato crômico pelo sol de hidróxido de ferro, seguida de sorção do acetato. Em todos os casos os géis foram secos em estufa a 120°C. Os sólidos assim obtidos foram aquecidos a temperaturas na faixa de 150 - 420°C, passando por transformações físicas e químicas. A caracterização dos produtos formados e o monitoramento da termólise foram feitos usando-se os seguintes métodos: determinação de Fe(II), Fe(total) e carbono, espectrofotometria infravermelha, determinação de área específica, análise térmica ( DSC e TGA ), análise granulométrica, difração de raios-X, difração de elétrons e microscopia eletrônica de transmissão e de varredura. Os resultados mostraram que a decomposição do HAF ocorre através da redução do Fe(III) pelo acetato e/ou ácido acético; paralelamente este se decompõe para dar acetona e CO2. A quantidade mínima de acetato e/ou ácido acético necessária para converter todo o HAF em magnetita foi calculada como sendo igual a 0,04 moI de acetato / mol de ferro. O aquecimento de amostras de HAF com diferentes teores de acetato, a cerca de 400°C, levou à formação da magnetita; entretanto a temperaturas inferiores a 360°C, os sólidos com relação molar acetato/ferro = 0,04 e 0,25 produziram uma mistura de hematita e magnetita, pressumivelmente devido à existência de domínios no sólido isentos do agente redutor. Nos demais casos apenas a magnetita foi formada ao longo do aquecimento. O uso do cloreto férrico, no lugar do nitrato férrico, não alterou as características químicas e morfológicas das magnetitas obtidas. O HAF obtido em presença de alumina produziu, por aquecimento, magnetita depositada de modo não uniforme sobre o suporte e com partículas menores e menos cristalinas, em relação ao material isento de alumina. O hidroxoacetato misto de ferro e alumínio, por outro lado, formou por aquecimento um sólido não cristalino e de alta área superficiaI (363 mg). A sílica inibiu a formação da magnetita; em seu lugar foram obtidos silicatos contendo íons férrico e ferrosos. As amostras de HAF contendo cromo formaram, com o aquecimento, magnetitas subestequiométricas e com área superficial da ordem de 1000 mg. Os métodos de impregnação e co-precipitação levaram a produtos com diferentes graus de cristalinidade, áreas específicas e tamanhos de partículas. Devido às suas propriedades morfológicas, os materiais obtidos são potencialmente úteis como catalisadores. As técnicas utilizadas na sua preparação constituem uma opção atraente para a obtenção desses materiais, em substituição aos tradicionais métodos de fusão usados na produção de catalisadores.
Abstract: Magnetite was produced by heating iron (III) hydroxoacetate (lHA) under nitrogen. By varying the conditions of lHA preparations (acetate concentration in solids, starting reagents and association with other metaIs) and its heating temperature, materiaIs of different properties were prepared. Iron (III) hydroxoacetate gels were obtained through hydrogenolysis of iron nitrate or chloride with ammonia, followed by acetate and/or acetic acid sorption. The association with other metaIs was done by impregnation and coprecipitation methods. ln the first case, iron nitrate was hydrolised with ammonia in the presence of silica or alumina. ln the second case, iron and chromium nitrates, or iron and aluminum nitrates, were hydrolised simultaneously to produce mixed hydroxoacetates. lHA samples impregnated with chromium were prepared by chromium sorption in iron (III) hydroxide, followed by acetate sorption. AlI gels were dried in an oven at 120°C. The solids thus obtained were heated under nitrogen in the range of 150-420°C and underwent chemical and physical transformations. Magnetite formation was monitored by characterization of the solids, produced in several temperatures using the methods: Fe(lI), Fe(total) and carbon determination, infrared spectroscopy, surface area determination, thermal analysis (DSC and TGA), particle size distribution, X - ray diffraction, electron diffraction and transmission and scanning electron microscopy. The experimental results given in this work demonstrated that lHA produces magnetite via Fe(III) reduction by acetate and/or acetic acid; simultaneously it decomposes itself to give acetone and CO2. 0,04 mole of acetate / mole of iron was calculated as the minimum amount of acetate required to convert alI the lHA into magnetite. By heating lHA samples containing different acetate concentrations, magnetite was produced at temperatures around 400°C; below 360°C solids with acetate/iron = 0,04 and 0,25 give a mixture of hematite and magnetite , probably due to solid domains exempt of the reducing agent. In the other cases, only magnetite was formed. The use of iron chloride instead of iron nitrate does not modify the magnetite chemical and morphological characteristics. Heating of lHA formed in the presence of alumina yields magnetite non-uniformly deposited on the support. These particles are smaller and less crystalline than those prepared in the absence of alumina. On the other hand mixed aluminum and iron hydroxoacetate forms a non crystalline solid with high surface area (363 mg). Silica inhibits magnetite formation; silicates with ferric and ferrous ions were produced instead. By heatings IHA samples containing chromium, substoichiometric magnetite with high surface area was produced. Impregnation and coprecipitation methods give products with different cristallinity degrees, surface areas and particle sizes. Due to its morphological properties the solids produced in this work can probably be used as catalysts. The methods used in this work are good options for their preparation, instead of using the traditional fusion methods.
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