In this work, a bulky Fe0/carbon matrix obtained by a low cost and simple reduction/carbonization of Fe3+ salt with sucrose was treated with CO2 to selectively oxidize the amorphous carbon to release the graphite like carbon coated magnetic Fe0 particles. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Raman, X-ray diffraction (XRD), BET, thermogravimetric analysis (TG) (in CO2) and particle size analyses showed that the treatment with CO2 of the Fe/carbon bulky composite led to the selective oxidation of the more amorphous carbon with the formation of 125-132 nm Fe@C nanoparticles with surface areas of 217 m2 g−1.

Ferro é um elemento versátil que forma várias fases com diferentes estados de oxidação e estruturas, tais como Feº, FeO, Fe3O4, γ-Fe2O3, α-Fe2O3 e FeOOH. Todas estas fases têm propriedades físico-químicas únicas que podem ser usadas para diferentes aplicações. Neste trabalho, descreve-se o uso de diferentes compostos de ferro, sintéticos e também naturais ou de rejeitos, em aplicações ambientais e tecnológicas. Duas áreas principais de pesquisa são descritas. A primeira é relacionada às estratégias para aumentar a reatividade de fases de ferro pela formação de compósitos Feº/Fe óxido e pela introdução de novos metais na estrutura de óxidos de ferro para promover novas reações superficiais. A segunda área de pesquisa é o uso das propriedades magnéticas de algumas fases de ferro para produzir materiais magnéticos versáteis com aplicações focadas em adsorção, catálise e emulsões.

Iron is a versatile element forming several phases with different oxidation states and structures, such as Feº, FeO, Fe3O4, γ-Fe2O3, α-Fe2O3 and FeOOH. All these phases have unique physicochemical properties which can be used for different applications. In this work, it is described the use of different iron compounds, synthetic and also from natural and waste sources, in environmental and technological applications. Two main research areas are described. The first one is related to strategies to increase the reactivity of Fe phases, mainly by the formation of Feº/iron oxide composites and by the introduction of new metals in the iron oxide structure to promote new surface reactions. The second area is the use of the magnetic properties of some iron phases to produce versatile magnetic materials with focus in adsorption, catalysis and emulsions.

Novos compósitos magnéticos anfifílicos foram preparados pelo crescimento de nanotubos e nanofibras de carbono contendo partículas magnéticas através de deposição química de vapor (CVD), utilizando etanol como fonte de carbono e lama vermelha (RM, subproduto do processo Bayer de produção de alumina) como suporte e catalisador. Monitoramento da reação CVD à temperatura programada (TPCVD), difração de raios X (XRD), espectroscopia Mössbauer, espectroscopia de energia dispersiva (EDS), espectroscopia Raman, termogravimetria (TG/DTA), análise elementar (CHN), determinação de área superficial (BET), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de transmissão (TEM) e medidas magnéticas mostraram que etanol reduz íons de ferro na RM para formar fases magnéticas, por exemplo Fe3O4 e Fe0, e depósitos de carbono (5-42 wt.%) na forma de nanotubos e nanofibras. A combinação de nanoestruturas hidrofóbicas de carbono com óxidos hidrofílicos de Al, Si e Ti presentes na lama vermelha produziu materiais anfifílicos com excelente interação com a interface água-óleo. Misturas de óleo de soja ou de decalina com água (completamente imiscíveis) foram emulsificadas facilmente na presença dos compósitos anfifílicos. Quando os compósitos foram adicionados a uma emulsão água-biodiesel estável, as partículas anfifílicas difundiram-se para a interface água- óleo. As partículas do compósito foram atraídas por ímãs e carregaram com elas as gotas de óleo, levando à completa desemulsificação e separação entre biodiesel e água.

New magnetic amphiphilic composites were prepared by the catalytic carbon vapor deposition (CVD) growth of carbon nanotubes and nanofibers using ethanol as carbon source and red mud waste (RM, a by-product of the Bayer process of alumina production) as catalyst and support. Temperature-programmed CVD (TPCVD), analyses by X-ray diffractometry (XRD), Mössbauer spectroscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Raman spectroscopy, thermogravimetry (TG/DTA), elemental analysis (CHN), superficial area determination (BET), scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopies and magnetic measurements showed that ethanol reduces the iron ions in the red mud to form magnetic phases, e.g., Fe3O4 and Fe0, and carbon deposits (5-42 wt.%), particularly nanotubes and nanofibers. The combination of the hydrophobic carbon nanostructures with the hydrophilic Al, Si and Ti oxides present in the RM produced amphiphilic materials with excellent interaction with the water-oil interface. Soybean oil or decalin mixtures with water (completely immiscible) were easily emulsified in the presence of the amphiphilic composites. When the composites were added to stable biodiesel-water emulsions, the amphiphilic particles diffused to the interface oil-water. These composite particles were attracted by a magnet, carrying the oil droplets with them and leading to the complete demulsification and separation of the biodiesel from the water.

Novas perovskitas mistas LaFe xMn yMo zO3 foram preparadas, caracterizadas e investigadas como catalisadores para a oxidação total de tolueno, usado como composto orgânico aromático volátil (COV aromático) modelo. As perovskitas foram caracterizadas por DRX (Difratometria de Raios X), RTP (Redução a Temperatura Programada), determinação de área superficial BET e espectroscopia Mössbauer. Os dados obtidos indicaram a formação da fase perovskita e a incorporação de todos os metais na estrutura. As reações catalíticas foram realizadas em um sistema de Reação a Temperatura Programada com tolueno (1000 ppm) e ar sintético em fase gasosa. Foi observado que a oxidação do tolueno inicia-se a 280 ºC e que Mn é o principal responsável pela atividade catalítica. No entanto, a presença de pequenas quantidades de Fe (LaFe0,27Mn0,73O3) resulta em um importante aumento nessa atividade. Estudos de tempo de vida mostraram que os catalisadores são estáveis mesmo após 100 h de reação a 400 ºC e nenhuma alteração estrutural significativa foi observada por DRX e Mössbauer.

New mixed perovskites LaFe xMn yMo zO3 were prepared, characterized and investigated as catalysts for the total oxidation of the model aromatic VOC (Volatile Organic Compound), toluene. The perovskites were characterized by XRD (X-Ray Diffractometry), Mössbauer spectroscopy, TPR (Temperature Programmed Reduction) and BET surface area determination. The results suggested the formation of the perovskite phase with incorporation of all metals in the structure. The catalytic studies were carried out in a Temperature Programmed Reaction system with toluene (1000 ppm) and synthetic air in the gas phase. It was observed that the oxidation of toluene starts at temperature as low as 280 ºC and that Mn is responsible for most of the catalytic activity. However, the presence of small amounts of Fe (LaFe0.27Mn0.73O3) leads to an increase in this activity. Stability studies showed that these perovskite catalysts are stable even after 100 h reaction at 400 ºC with no significant structural change, as observed by XRD and Mössbauer analyses.