Reaproveitamento de óxidos de manganês de pilhas descartadas para eletrocatálise da reação de redução de oxigênio em meio básico

Abstract

Recebido em 12/3/09; aceito em 6/10/09; publicado na web em 2/3/10 USE OF MANGANESE OXIDES RECOVERED FROM SPENT BATTERIES IN ELECTROCATALYSIS OF OXYGEN REDUCTION REACTION IN ALKALINE MEDIUM. The oxygen reduction reaction was studied in alkaline media using manganese oxides obtained from spent batteries as electrocatalysts. Three processes were used to recover manganese oxides from spent batteries. The particles obtained were in the range from 8 to 11 nm. The electrochemical experiments indicated a good electrocatalytic activity toward oxygen reduction using the different samples and showing approximately a direct transference of 4 electrons during the process. Even though all the processes were efficient, the best result was observed for the prepared sample using reactants of low cost.Keywords: manganese oxide; oxygen reduction; battery metal recovery. INTRODUÇÃOVários dispositivos que são utilizados no dia a dia, como máquinas térmicas, motores de combustão interna, caldeiras industriais, dentre outras, utilizam combustíveis de origem fóssil como fonte de energia. A utilização deste tipo não renovável de energia produz grandes quantidades de poluentes, destacando-se CO 2 , CO, NO x , SO x , hidrocarbonetos e materiais particulados, que são responsáveis por boa parte dos problemas ambientais, tais como o efeito estufa e a chuva ácida.Com o crescente avanço da tecnologia surgiu também nos últi-mos anos uma grande necessidade por fontes portáteis de energia. No Brasil são produzidas anualmente cerca de 3 bilhões de unidades de pilhas e baterias para suprir esta necessidade.1 Segundo dados da ABINEE (Associação Brasileira da Indústria Eletroeletrônica) a porcentagem de pilhas alcalinas vendidas no Brasil representa cerca de 30% do total das vendas no mercado. Em contrapartida, as pilhas alcalinas dominam o mercado nos EUA por durarem cerca de seis vezes mais que as pilhas de zinco-carvão. 1As pilhas citadas acima após seu esgotamento energético são descartadas, tendo por destinos finais locais inadequados. Isto causa grandes impactos ambientais, principalmente relacionados à poluição de lençóis freáticos pela contaminação de metais pesados como o manganês, reconhecidamente um dos principais componentes deste tipo de pilha. 2Este metal, presente na forma de óxidos nas pilhas, pode ser recuperado e empregado no uso e desenvolvimento de células a combustível como eletrocatalisador para a reação de redução do oxigênio. Esta reação impõe grandes limitações para o desenvolvimento de células a combustível, 3 que são uma boa opção na substituição das atuais fontes de energia, podendo satisfazer tanto as necessidades energéticas supridas pelos combustíveis fósseis como para aplicação em dispositivos portáteis que utilizam pilhas e baterias.A reação de redução de oxigênio (RRO) é uma reação multieletrônica que inclui algumas etapas elementares em seu mecanismo. Esta transformação química ocorre segundo dois mecanismos globais bastante discutidos na literatura: o mecanismo direto (4 elétrons, Figura 1 -I) e, o mecanismo de fo...

La0.1Ca0.9MnO3/Co3O4 for oxygen reduction and evolution reactions (ORER) in alkaline electrolyte

“…The voltammetric profiles are consistent to those found in the literature for manganese-based redox processes [63,64]. Thus, the LCMO perovskite exhibits a dominantly Mn 3+ / Mn 4+ pair for the reduction and oxidation reactions with oxygen intercalated within its structure, and higher currents are believed to be obtained with the increase in the A site by Ca [58,64]. Figure 2b shows the voltammogram of Co 3 O 4 /graphite/ Nafion electrode in N 2 -saturated 1 M KOH solution.…”

Electrodeposition of Alloys Coatings from Electrolytic Baths Prepared by Recovery of Exhausted Batteries for Corrosion Protection

“…Alkaline batteries are placed on the market as "mercury-free", however the literature reports that in several works on recycling of batteries were found heavy metals in these devices, including mercury [19][20][21][22][23]. The composition of some alkaline batteries and Zn-C are given in Table 1.…”

“…However, it is a more laborious process requiring pretreatment steps such as sorting, disassembling and leaching of material to improve the dissolution of metals in aqueous phase. In addition, the recovery of metals requires different aqueous media (acid or alkaline) and various processes of precipitation [14,18,19].…”

“…The recovery of these materials is very important because in addition to reducing the enormous amount of waste generated by consume of these power devices, recycling could lower the cost of production of new batteries through the reuse of raw materials by recycling and, consequently it reduces the risks to the environment [19,20].…”

Atividade e estabilidade de eletrocatalisadores tipo Fe-N-C para a reação de redução de oxigênio

“…Analisando-se as reações (I) e (II), tem-se que o número de elétrons (n) envolvidos na reação para 1 molécula de oxigênio é de 4, valor máximo esperado para a ORR. [9][10][11][12] A reação mencionada pode seguir dois caminhos (direto ou via peróxido), variando o eletrólito de ácido para alcalino 7,13,14 , conforme apresentado: A. Rota "direta", transferência de 4 elétrons:…”