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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.59.2018.tde-10012022-120132
Document
Author
Full name
Lucas Dimarô Zanatta
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2018
Supervisor
Committee
Iamamoto, Yassuko (President)
Bueno, José Maria Correa
Caiut, José Maurício Almeida
Campos, Elvio Antonio de
Demets, Gregoire Jean Francois
Title in Portuguese
Metaloporfirinas imobilizadas em sílicas mesoporosas como catalisadores biomiméticos na oxidação de hidrocarbonetos e herbicidas-triazinas: efeitos de adsorção e difusão
Keywords in Portuguese
Herbicidas
Metaloporfirinas
Sílica mesoporosa
Triazinas
Abstract in Portuguese
Os níveis de poluição das águas naturais estão aumentando em todo o mundo, de modo que são bem-vindas estratégias para a obtenção de metabólitos de potenciais contaminantes, como os pesticidas. Neste contexto, as metaloporfirinas que mimetizam os processos das enzimas P-450 podem contribuir para a produção de metabólitos e ajudar a elucidar os processos de biotransformação. Nesta tese, são relatados resultados da oxidação de hidrocarbonetos e pesticidas (s-triazinas) catalisadas por cloreto de 5,10,15,20-tetrakis(pentafluorofenil)porfirina metal (III) (metal = Fe, Mn), utilizando iodosilbenzeno (PhIO) como espécie doadora de oxigênio. As metaloporfirinas também foram avaliadas imobilizadas em matrizes de aminopropilsílica mesoporosas, com simetrias hexagonais e cúbicas de poros, além de matrizes de sílica amorfa. Os catalisadores heterogêneos foram caracterizados por espectrometria de absorção atômica, FTIR, RPE, espectroscopia de reflectância difusa no UV-Vis, RMN de 29Si CP-MAS no estado sólido, espalhamento de raio X a baixo ângulo, isotermas de adsorção/dessorção de N2, análises térmicas e microscopia eletrônica. As reações de oxidação foram analisadas por CG e CG-EM. No primeiro capítulo são relatados a influência dos efeitos adsortivos nos catalisadores e seus distintos comportamentos na interface sólido/líquido na oxidação de hidrocarbonetos. No segundo capítulo são relatados a eficiência do transporte de massa em catalisadores mesoporosos com diferentes simetrias. Os resultados catalíticos na oxidação de hidrocarbonetos indicaram que o transporte de massa é mais eficiente nos catalisadores com arranjo de poros em simetrias hexagonais, seguido da sílica gel e por fim os de simetria cúbica, entretanto a máxima capacidade catalítica está ligada a estabilização estrutural. No terceiro capítulo são relatados, a oxidação dos pesticidas (terbutilazina, atrazina, simazina, terbutrina, ametrina e prometrina) por manganêsporfirinas imobilizadas em catalisadores mesoporosos. Os resultados catalíticos sugerem que não há um catalisador ideal para todos os tipos de reações, pois o mecanismo envolvido pode ou não ser favorecido por espaços geometricamente confinados. Em conclusão, os ensaios catalíticos permitiram correlacionar mudanças superficiais com estrutura e atividade dos catalisadores sintetizados, que atestaram o seu comportamento biomimético e seu grande potencial na oxidação de xenobióticos.
Title in English
Metalloporphyrins immobilized on mesoporous silicas as biomimetic catalysts in the oxidation of hydrocarbons and triazine herbicides: adsorption and diffusion effects
Keywords in English
Herbicides
Mesoporous silica
Metalloporphyrins
Triazines
Abstract in English
Pollution levels in natural waters are increasing worldwide, so strategies to obtain the metabolites of potential contaminants, such as pesticides, are welcome. In this thesis, results of hydrocarbon and pesticide (s-triazines) oxidation by iodosylbenzene (PhIO, as oxygen donor species), catalyzed by 5,10,15,20-tetrakis (pentafluorophenyl)porphyrin metal(III) chloride (metal = Fe, Mn) are presented. The catalytic activity of the metalloporphyrins immobilized on mesoporous aminopropylsilica matrixes with hexagonal and cubic pore symmetries as well as on amorphous silica matrixes was also evaluated. The heterogeneous catalysts were characterized by atomic absorption spectrometry, FTIR, EPR, UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy, 29Si CP-MAS solid state NMR, low angle X-ray scattering, N2 adsorption/desorption isotherms, thermal analysis, and electron microscopy. The oxidation reactions were analyzed by GC and GC-MS. The first chapter describes how adsorptive effects influence the catalysts and how the catalysts behave at the solid/liquid interface during hydrocarbon oxidation. The second chapter reports on mass transport efficiency in mesoporous catalysts with different symmetries. The catalytic results concerning hydrocarbon oxidation indicated that mass transport is more efficient in the heterogeneous catalysts with pores arranged in hexagonal symmetry, followed by catalysts immobilized on amorphous silica gel and on matrix with cubic symmetry. However, the maximum catalytic capacity is linked to structural stabilization. The third chapter depicts pesticide (terbuthylazine, atrazine, simazine, terbutryn, ametryn, and prometryn) oxidation catalyzed by manganeseporphyrins immobilized on mesoporous catalysts. The catalytic results suggest that no catalyst is ideal for all types of reactions because the underlying mechanism may be favored by geometrically confined spaces or not. In conclusion, the catalytic tests allowed us to correlate surface changes with catalyst structure and activity and attested to their biomimetic behavior and their great potential to catalyze xenobiotic oxidation.
 
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Publishing Date
2022-02-14
 
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