Este trabalho descreve a síntese de semicondutores a base de bismuto [Bi2O3, BiOX (X= Cl, Br ou I)] e óxidos de ferro (FexOy), a modificação por tratamento hidrotérmico e a formação de compostos híbridos de BiOX e Bi2O2CO3 ou Fe3O4 e a aplicação destes na degradação fotocatalítica de soluções de rodamina B e de fenol. A formação de vacâncias de oxigênio (VO) em estruturas de BiOCl e Bi2O2CO3 foi promovida por processo de sonicação. Os diferentes oxihaletos de bismuto, polimorfos de óxidos de bismuto e de óxidos de ferro foram precipitados pela elevação de pH do meio precursor utilizando soluções aquosas de monoisopropanolamina (MIPA), diisopropanolamina (DIPA), triisopropanolamina (TIPA), hidróxidos de sódio, potássio ou de amônio. Por meio de caracterização das propriedades físico-químicas, estruturais e morfológicas foram propostos mecanismos atentando-se a participação da base utilizada para formação e atividade catalítica dos compostos. Foram obtidas as fases α-Bi2O3 quando utilizado bases minerais e MIPA e γ-Bi2O3 utilizando-se TIPA, fases amorfas ou mistas foram obtidas com as demais bases. Os oxihaletos de bismuto se formaram independente da base utilizada na precipitação, apresentando diferenças estruturais. O processo de sonicação levou a formação de VO em estruturas de BiOCl e Bi2O2CO3 que foi verificado por Raman e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X. Na precipitação de íons Fe2+ a utilização de MIPA levou à formação de magnetita, enquanto as demais bases levou a formação de misturas de óxidos de ferro. O tratamento hidrotérmico levou a híbridos de BiOX e magnetita, que apresentaram comportamento magnético, e de BiOCl e Bi2O2CO3, além de oxibrometos ricos em bismuto. Todos os materiais apresentaram atividade fotocatalítica na degradação de soluções de fenol e/ou rodamina B, as caracterizações de espectroscópicas, área superficial e potencial Zeta foram utilizadas para explicar as diferenças nestas atividades. / This study describes the synthesis of semiconductors based on bismuth [Bi2O3, BiOX (X = Cl, Br or I)] and iron oxides (FexOy), the modification by hydrothermal treatment and the formation of hybrids of BiOX and Bi2O2CO3 or Fe3O4, and the application of the materials to the photocatalytic degradation of rhodamine B and phenol solutions. The formation of oxygen vacancies (VO) in the structures of BiOCl and Bi2O2CO3 was promoted by a sonication process. The different bismuth oxyhalides, polymorphs of bismuth oxides and iron oxides were precipitated by raising the precursor pH level using aqueous solutions of monoisopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA), triisopropanolamine (TIPA), sodium, potassium or ammonium hydroxides. By performing the characterization of physico-chemical, structural and morphological properties, mechanisms were proposed considering the participation of the base on the formation of the compounds and their catalytic activity. The α- Bi2O3 phase was obtained when mineral bases and MIPA were used; the γ- Bi2O3 was formed when using TIPA; amorphous or mixed phases were obtained when using the other bases. Bismuth oxyhalides were formed independently of the base used for precipitation, showing structural differences. The sonication process led to the formation of VO in structures of BiOCl and Bi2O2CO3which was verified by Raman and X-ray excited photoelectron spectroscopies. For Fe2+ ion precipitation, the use of MIPA led to the formation of magnetite, while the other bases led to the formation of mixtures of iron oxides. The hydrothermal treatment led to hybrids of BiOX and magnetite, which presented magnetic behavior, and BiOCl and Bi2O2CO3, in addition to bismuth-rich oxybromides. All the materials showed photocatalytic activity in the degradation of phenol and / or rhodamine B solutions. Characterization techniques such as spectroscopy, surface and Zeta potential were used to explain as the different photocatalytic activities.

Deux types de photocatalyseurs ont été développés et étudiés. Nous avons modifié TiO2 en surface par des nanoparticules métalliques et nous avons synthétisé des sulfures et oxydes de cuivre. Les nanostructures ont été caractérisées par différentes techniques: HRTEM, SEM, XRD, XPS, HAADF-SEM, et TRMC. Leur activité photocatalytique a été étudiée pour la dégradation des polluants modèles: le phénol, la rhodamine B et l’orange de méthyle.Nous avons modifié la surface de TiO2 par des nanoparticules mono- et bimétalliques (induites par radiolyse ou par réduction chimique) afin d'améliorer son activité photocatalytique. Les meilleurs résultats en terme d'activité photocatalytique ont été obtenus avec la réduction par THPC (tétrakis (hydroxy méthyle) de chlorure de phosphonium) et par réduction radiolytique des ions métalliques déposés par de l'urée. La modification en surface de TiO2 par des nanoparticules de Au, Cu et Au-Cu permet l'augmentation de son activité sous la lumière UV. Le dépôt d’une très faible quantité de métal (0,5%) peut augmenter l’activité de TiO2, le coût de préparation des photocatalyseurs est donc relativement faible.Nous avons également développé la synthèse radiolytique de nanostructures de Cu2O et CuS de différentes morphologies. Leur activité photocatalytique a été étudiée. Les nanostructures de Cu2O sous forme d’octaèdres tronqués présentent une activité photocatalytique très élevée sous lumière visible. D’autre part, les nanotubes de CuS présentent à la fois une grande capacité à absorber des colorants et une activité photocatalytique élevée sous lumière visible. / Photocatalysis is recently extensively studied because it implies a variety of potential industrial applications ranging from the hydrogen generation of water splitting to the treatment of waste water. Among all the semiconductors, TiO2 has attracted the most attention. But the rate of the electron-hole recombinations is very important and TiO2 is active only under UV light. Various methods are developed to enhance the photoactivity of TiO2. Other semiconductors like copper oxides and copper sulfides also attracted attention due to their lower band-gaps which allow applications in solar photocatalysis. In this work, different kinds of photocatalysts were developed and studied: surface modified TiO2 with metal nanoparticles and copper sulfides and oxides. The nanostructures were characterized by different techniques: HRTEM, SEM, XRD, XPS, HAADF-SEM, and TRMC. Their photocatalytic activity was studied for degradation of model pollutants: phenol, rhodamine B and methyl orange. Different chemical and radiolytic methods have been investigated to modify the surface of TiO2 by mono- and bimetallic (Au, Cu and Au-Cu) nanoparticles in the aim to improve its photocatalytic activity. The best results in term of photocatalytic activity have been obtained with reduction of THPC (tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride) and with radiolytic reduction after deposition with urea. Titania surface modification with Au, Cu and bimetallic Au-Cu NPs enables the increase of the photocatalytic activity under UV light. We have found that very small amounts of metal (0.5% wt.) can activate titania for photocatalytic applications, thus the costs of photocatalyst preparation are relatively low. Radiolytic syntheses of non-TiO2 photocatalysts including Cu2O and CuS nanostructures with different morphologies have been developed. The photocatalytic activity of the synthesized photocatalysts has been studied. Truncated octahedral Cu2O exhibit an excellent photocatalytic activity under visible illumination. CuS nanotubes (NTs) exhibit both a high ability to adsorb dyes and a photocatalytic activity under visible light.

Neste trabalho, filmes planos de polipropileno (CPP) cobertos com nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) foram feitos a partir da metodologia spray coating, facilmente reproduzida para a imobilização das nanopartículas de titânia nos suportes de polipropileno (PP). O tratamento superficial dos filmes CPP com plasma de nitrogênio (N2) e oxigênio (O2) foi utilizado com sucesso para a produção de polipropileno revestido com TiO2 com excelente estabilidade mecânica do revestimento, assim como atividade fotocatalítica / de autolimpeza como evidenciado pelos testes com corante cristal violeta (CV). Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia confocal à laser de varredura (MCLV) foi utilizada para observar a morfologia de superfície / das fibras e topografia. A presença do revestimento de titânia foi confirmada por espectroscopia de emissão de raios-x com detecção dispersiva de energia (EDX). Tanto o tratamento com plasma como o carregamento significativo de revestimento de titânia resultam em maior hidrofilicidade, como observado pelas medidas de ângulo de contato estático em água. Os filmes CPP revestidos foram testados quanto à sua atividade fotocatalítica contra o corante CV. Os espectros eletrônicos no UV-vis mostraram que a eficiência da atividade fotocatalítica das amostras foi afetada pela quantidade de titânia. A fotoestabilidade do PP revestido com titânia foi medida por ressonância paramagnética eletrônica (RPE), uma vez que esta técnica é capaz de detectar pequena quantidade de radicais livres formados durante a precoce etapa de oxidação do polipropileno. Observa-se a partir das medições de RPE que o polipropileno tratado com plasma gerou as mesmas espécies de radicais livres que foram produzidas durante a radiação UV do polipropileno revestido e não-revestido. Entretanto, aumentando o número de ciclos de deposição da titânia a quantidade relativa de radicais livres diminui, sem perda de atividade fotocatalítica. Portanto, a metodologia empregada se mostrou eficiente para produzir uma superfície fotoativa/autolimpante no polipropileno revestido com dióxido de titânio, levando à diferentes aplicações neste campo, como por exemplo sistemas de filtragem de ar/água, remoção de poluentes orgânicos, produtos termoplásticos com características antibacterianas para uso doméstico e hospitalar, dispositivos de autolimpeza, entre outros. / Cast polypropylene (CPP) films were coated with titanium dioxide (TiO2) nanoparticles by na easily scaled-up spray coating methodology. The O2 and N2 plasma surface treatment of polypropylene was successfully used to produce TiO2-coated polypropylene with outstanding mechanical stability of the coating, as well as photocatalytic/self-cleaning activity toward crystal violet dye. Scanning Electron Microscopy and Confocal Scanning Laser Microscopy were used to observe surface / fibers morphology and topography. The presence of titânia coating was confirmed by X-ray Emission Spectroscopy with Energy Dispersive Detection (EDX). Titania coating results on higher hydrophilicity, as observed by measurements of static water contact angle. The CPP films were tested for their photocatalytic activity against Crystal Violet dye (CV). The UV/Vis electronic spectra showed that the photocatalytic activity efficiency of TiO2-coated CPP film was affected by both the plasma treatment and the titânia amount. The photostability of the titania coated polypropylene was measured by Electron Paramagnetic Resonance (EPR) since this technique is capable to detect tiny amount of free radicals formed during the early oxidation step of the polypropylene. It was observed from EPR measurements that the plasma treated polypropylene generated the same free radicals species that were produced during UV irradiation of the uncoated and TiO2-coated polypropylene. However, by increasing the number of deposition cycles of the titania the relative amount of free radicals decreases without loss of the photocatalytic activity. Therefore, the essayed methodology has been proved efficient to produce photoactive/selfcleaning surface of titania coated polypropylene, leading to different applications in this field, as water/air filtration systems, organic pollutant removal, hospital and domestic thermoplastic goods with antibacterial features, self-cleaning devices and others.

Este estudo propôs uma avaliação do papel dos três principais parâmetros clássicos da síntese do nitreto de carbono grafítico: temperatura final, tempo de permanência na temperatura final e taxa de aquecimento. Realizou-se a otimização da síntese, via metodologia de superfície de resposta, usando-se como variável-resposta a degradação fotocatalítica de um poluente-modelo (tartrazina). A significância estatística dos fatores foi confirmada, com 95% de confiança. Em seguida, um modelo de segunda ordem foi ajustado às melhores respostas e, no ponto de máxima degradação, as condições foram: 605oC por 183 min, com taxa de aquecimento de 5oC min-1. A taxa de degradação com o fotocatalisador sintetizado foi aproximadamente três vezes maior que a da fotólise. As amostras da região de melhores respostas foram analisadas em uma série de experimentos de caracterização, sendo eles: difratometria de raios X, espectroscopia na região do infravermelho médio, área superficial específica, microscopias de varredura (MEV e MEV-FEG), potencial zeta e espectroscopia de reflectância difusa na região do ultravioleta-visível. O fotocatalisador com maior atividade apresentou menor energia de band gap e maior área superficial especifica do que as relatadas na literatura (2,59 eV e 29,5 m2 g-1, respectivamente). Foram criadas heteroestruturas entre o fotocatalisador sintetizado e o trióxido de tungstênio. A partir de uma série de caracterizações básicas, confirmou-se a formação da heteroestrutura. Com essa heteroestrutura, a taxa de degradação foi aproximadamente cinco vezes maior que a com o nitreto de carbono grafítico. / This study proposed an assessment of the role of the three major classical parameters for synthesizing graphitic carbon nitride: final temperature, residence time at the final temperature and heating rate. The synthesis was optimized, via response surface methodology, using the photocatalytic degradation of a model pollutant (tatrazine) as the response-variable. The statistical significance of the factors was confirmed, within 95% confidence level. Afterwards, a second-order model was adjusted to the better responses and, at the maximum degradation point, the conditions were: 605oC for 183 min, with heating rate of 5oC min-1. The degradation rate with the synthetized photocatalyst was approximately three times greater than the photolytic one. The samples from the better response region were analyzed in a series of characterization experiments: X ray diffractometry, mid-infrared spectrometry, specific surface area, scanning electron microscopy (SEM and FEG-SEM), zeta potential, and ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy. The most active photocatalyst showed smaller band gap energy and greater specific surface area than the ones reported in literature (2.59 eV and 29.5 m2 g-1, respectively). Heterostructures were formed between the synthetized photocatalyst and tungsten trioxide. A series of basic characterization techniques confirmed the heterostructure formation. Using this heterostructure, the degradation rate was approximately five times greater than the one with graphitic carbon nitride.

Atualmente necessitam-se de processos de tratamento de efluentes que sejam mais sustentáveis em longo prazo, e com isso estão sendo desenvolvidos os processos oxidativos avançados (POAs). Estes processos apresentam a capacidade de mineralizar os poluentes, sem apenas transferi-los de fase, como ocorre com muitos métodos de tratamentos convencionais. A mineralização de poluentes, ou seja, a transformação de contaminantes orgânicos em dióxido de carbono, água e ânions inorgânicos, se baseia em reações de degradação que envolvem a geração de espécies altamente oxidantes, tais como o radical hidroxila (•OH). Durante o processo de fabricação, uma determinada quantidade de corante sempre é perdida e com frequência causa problemas ambientais. Os corantes afetam a natureza da água e inibem a penetração da luz solar nos rios reduzindo as suas atividades fotossintéticas. Devido a isso, os efluentes de indústrias que utilizam corantes em seus processos de produção necessitam de tratamentos adequados para a remoção desses contaminantes. Estudou-se então a aplicação da fotocatálise heterogênea (utilizando-se o TiO2 como fotocatalisador) com o objetivo de remover a cor de um efluente sintético contendo corantes de uma indústria de cosméticos (D&C Vermelho 6, Carmim e D&C Laranja 5). Para tal, realizou-se um planejamento experimental 23 em que se encontrou como ponto ótimo de tratamento os valores de 7,0, 0,5 g L-1 e 25°C para pH, concentração de TiO2 e temperatura, respectivamente, obtendo-se uma remoção de cor de 80% com 15 minutos de irradiação. Os experimentos cinéticos mostraram que a fotocatálise heterogênea segue um modelo de ordem 0,5 com constante de velocidade k = (7,2 ± 1,2) × 10-2 min-1 e R2 = 0,997. A fotólise segue um modelo de ordem 1, com constante de velocidade k = (8,9 ± 2,5) × 10-3 min-1 e R2 = 0,977. A diminuição dos valores de DQO, em aproximadamente 80%, demonstra que o efluente foi efetivamente oxidado. O valor encontrado na relação DQO/DBO5,20 para o efluente inicial demonstra que este não é biodegradável, porém após o tratamento, esta relação mostra que o efluente se tornou biodegradável. A remoção de COD, ou seja, a mineralização do efluente foi de aproximadamente 70% com 30 minutos de tratamento. Os valores encontrados de MOC confirmam o já descrito pela DQO, que o efluente foi realmente oxidado pelo tratamento. O efluente bruto apresentou uma leve ecotoxicidade enquanto que após o tratamento não houve ecotoxicidade alguma. Conclui-se com esse estudo que o método da fotocatálise heterogênea removeu a cor do efluente, tornou-o mais biodegradável, removeu sua ecototoxicidade e o mineralizou. / Currently, wastewater treatment processes that are more sustainable in the long term are needed, thus leading to the development of the advanced oxidation processes (AOPs). Those processes have the ability to mineralize pollutants, instead of just transferring them from one phase to another, as it is the case with many conventional treatment methods. The mineralization of pollutants, i.e. the transformation of organic contaminants into carbon dioxide, water and inorganic anions, is based on degradation reactions involving the generation of highly oxidizing species such as hydroxyl radical (•OH). During the manufacturing process, a certain amount of dye is always lost and often causes environmental problems. The dyes affect the nature of water and inhibit the penetration of sunlight into rivers, thus reducing their photosynthetic activity. Because of this, the wastewaters from industries that use dyes in their production processes require appropriate treatment for the removal of these contaminants. Therefore, it was studied the application of heterogeneous photocatalysis (using TiO2 as the photocatalyst) in order to remove the color of a synthetic wastewater containing dyes of the cosmetics industry (D&C Red 6, Carmin, and D&C Orange 5). For that purpose, an experimental design 23 was used and an optimal treatment condition was found: 7.0, 0.5 g L-1 and 25°C for pH, concentration of TiO2 and temperature, respectively, resulting in a color removal of 80% with 15 minutes of irradiation. Kinetic experiments showed that the heterogeneous photocatalysis follows a 0.5 order model, with a constant k of (7.2 ± 1.2) × 10-2 min-1 and R2 of 0.997. Photolysis followed a first order model, with a constant k of (8.9 ± 2.5) × 10-3 min-1 and R2 of 0.977. The COD decrease of approximately 80% shows that the effluent was effectively oxidized. The initial COD/BOD5, 20 ratio demonstrates that the effluent is not biodegradable, but after treatment, that ratio indicated that the effluent became biodegradable. The DOC removal, i.e. the mineralization of the effluent was approximately 70% with 30 minutes of treatment. The MOC confirmed that the effluent was actually oxidized by the treatment. The raw effluent had a slight ecotoxicity while after treatment it became non-toxic. It could be concluded that heterogeneous photocatalysis was able to remove the color of the effluent, to increase its biodegradability, to remove its ecotoxicity and to mineralize it.

A maioria dos efluentes pode ser facilmente tratada com reatores biológicos que oferecem boa eficiência na remoção da matéria orgânica. Contudo, a existência de compostos tóxicos ou de baixa biodegradabilidade dificulta o processo e, às vezes, impede que o mesmo seja feito. Na tentativa de minimizar a toxicidade e aumentar a biodegradabilidade, os Processos Oxidativos Avançados (POA) são uma alternativa viável. Os POA consistem na geração de fortes oxidantes \"in situ\" que reagem então com a matéria orgânica. O principal agente oxidante, gerado pelos POA, são os radicais hidroxila (•OH), que possuem um alto potencial de oxidação. Este trabalho teve por objetivo estudar, em escala laboratorial, a remoção de cor obtida pelo acoplamento de um reator de lodo ativado com a fotocatálise heterogênea (TiO2/UV), no tratamento do efluente de uma indústria de produtos de madeira, otimizando a concentração do catalisador, a temperatura e o pH, observando também a seqüência de tratamento, ou seja o reator fotocatalítico como pré- e pós-tratamento. O efluente e o lodo utilizados foram cedidos pela indústria de Faber-Castell em São Carlos. O tempo de retenção hidráulica (TRH) do reator de lodo ativado foi de 3 horas, com uma parada para a sedimentação de 30 minutos (tempos semelhantes aos utilizados pela empresa). A fotocatálise foi realizada em um reator encamisado com a irradiação de uma lâmpada de média pressão de Hg (250 W), a 20 cm da lâmina de líquido (volume efetivo de 100 mL), com agitação magnética de 45 rpm. O reator biológico utilizado no laboratório removeu boa parte da DQO do efluente, de 85-90% de remoção, porém não houve descoramento. Quando a fotocatálise foi utilizada como pós-tratamento, a remoção de cor foi de 93% em uma hora de irradiação e houve um total desaparecimento da ecotoxicidade do efluente. Ao se avaliar a fotocatálise como pré-tratamento do reator de lodo ativado, em uma hora de irradiação, houve pouca diminuição na intensidade de cor do efluente (60%) e a ecotoxicidade continuou alta. No entanto, ao se aumentar o tempo para 5 horas e 30 minutos houve um descoramento de quase 90%, somente com a fotocatálise. A cinética de descoramento, para o reator utilizado como pós-tratamento se ajustou a um modelo de primeira ordem com uma constante de velocidade (k) de (5,0 ± 0,57) × 10-2 min-1 e um R2 = 0,996. Quando o efluente bruto foi tratado primeiramente com a fotocatálise, a cinética de descoramento foi de ordem zero, com um R2 = 0,992, e uma constante de velocidade (k) de (2,60 ± 0,24) × 10-2 u.a. min-1. Conclui-se que o tratamento oxidativo avançado é uma ferramenta útil no descoramento do efluente estudado, tanto para pré ou pós-tratamento do reator biológico de lodo ativado. Porém, a melhor seqüência de reatores foi a que utilizou a fotocatálise como pós-tratamento, trabalhando com as condições, temperatura 25°C, pH 7 e concentração de dióxido de titânio de 2,0 g L-1, tendo havido uma redução de 93% da cor. Quando o reator fotocatalítico foi usado como pré-tratamento, nas condições pH 5,7, temperatura 25°C e concentração de titânio de 0,42 g L-1 TiO2, houve um descoramento de 60%. / Generally, wastewaters can be easily treated by biological reactors with a good efficiency regarding organic matter removal. However, the process can be impaired in the presence of compounds that are toxic or have low biodegradability. Advanced Oxidation Processes (AOPs) may be a choice to oxidize these compounds and minimize their toxicity and/or increase biodegradability. AOPs are based in the \"in situ\" generation of strong oxidants that reacts with the organic matter. The most important oxidant agent generated by AOPs is the hydroxyl radical (•OH), as they have a high oxidation potential. The aim of this work is to study, in laboratory scale, the decolorization achieved by the combination of an activated sludge reactor with heterogeneous photocatalysis (TiO2/UV), in the treatment of a wood\'s industry wastewater, optimizing catalyst concentration, temperature, and pH, also observing the treatment sequence, that is, photocatalysis prior or after the activated sludge reactor. The wastewater and the sludge were collected at Faber-Castell, São Carlos. The Hydraulic Retention Time (HRT) of the activated sludge reactor was 3 hours, with an interruption in the aeration of 30 minutes (same time used in the industry). Photocatalysis was carried out in a jacketed reactor with the irradiation of a medium pressure mercury lamp (250 W), away 20 cm from the wastewater surface (effective volume of 100 mL), magnetic stirred at 45 rpm. The biological reactor removed almost all COD of the effluent (85-90%), although color was not removed. When photocatalysis was used after the activated sludge reactor, color removal reached 93% in one hour of irradiation, as well as the complete detoxification of the wastewater. When photocatalysis as used as a pre-treatment, there was a color removal of 60% the ecotoxicity did not change. However, color removal increased to 90% with an irradiation time of 5 hours and 30 minutes. The photocatalytic decolorization kinetics (post-treatment) followed a first order model, with a constant (k) of (5.0 ± 0.57) × 10-2 min-1 and a R2 of 0.996. When the effluent was first treated with photocatalysis, the kinetics showed a zero order behavior, with a R2 = 0,992 and a of (2.60 ± 0.24) × 10-2 u.a. min-1. Photocatalysis is a good choice for removing the color of this effluent, regardless of the sequence tested. However, the best choice is to use photocatalysis prior to the biological treatement, as a 93% color removal was achieved, working with pH 7.0, 25°C and 2 g L-1 TiO2. Only 60% of color removal was observed when the wastewater was photocatalytic pretreated, with pH 5.7, 25°C, and 0.42 g L-1 TiO2.

Vários compostos utilizados ou produzidos pelo homem quando lançados no meio ambiente, ou mesmo em estações de tratamento de esgoto, não são facilmente degradados ou removidos. Desse modo, acabam voltando às estações de tratamento de água, que em sua maioria utilizam métodos que não são capazes de remover tais compostos, podendo até aumentar o efeito biológico destes. A detecção destes compostos é um desafio para a Química Analítica, já que ocorrem em baixas concentrações. Degradou-se uma mistura de quatro hormônios ¾ três naturais, 17 β-estradiol (E2), estrona (E1) e estriol (E3), e um sintético, 17 α-etinilestradiol (EE2) ¾ em água de abastecimento público pela fotocatálise heterogênea solar, utilizando-se o fotocatalisador dióxido de titânio suportado em um reator de placa plana operado com reciclo. Foi também desenvolvido e validado um método analítico totalmente automatizado que possibilitou detectar e quantificar baixas concentrações dos quatro hormônios. Foram obtidos limites de quantificação de 10 μg L-1, com a extração de 125 μL de amostra, com coeficiente de variação (< 20%) e exatidão (todos entre 80 a 120%) dentro dos limites aceitáveis para este tipo de análise. Foi possível verificar que a eficiência de degradação atingiu mais de 90% em menos de 4 horas para todos os hormônios. Mesmo com esse nível de degradação não foi possível a remoção da atividade estrogênica. Só houve uma redução significativa após 9 h de degradação. Possivelmente, a atividade estrogênica foi mantida pela concentração restante dos hormônios e/ou pela formação de produtos de degradação que também apresentavam atividade biológica. Alguns desses compostos foram propostos, sendo alguns conhecidos na literatura. No entanto, com as análises realizadas, não foi possível se ter certeza de que os compostos gerados no tratamento são realmente os sugeridos. / Several compounds used or produced by man, when released into the environment, or even in sewage treatment plants, are not easily degraded or removed. Thus, these compounds eventually return to water treatment plants, which mostly use methods incapable of removing them, and may even enhance their biological effect. The detection of these compounds is a challenge to Analytical Chemistry, as they occur at low concentrations. A mixture of four hormones were degraded ¾ three of them of natural origin, 17β-estradiol (E2), estrone (E1), and estriol (E3) and a synthetic one, 17α-ethinyl estradiol (EE2) ¾ in public water supply by solar heterogeneous photocatalysis, using supported titanium dioxide as the photocatalyst in a flat-plate reactor in recycling mode. A fully automated analytical method was developed and validated making it possible to detect and quantify low concentrations of the four hormones. Quantification limits of 10 μg L-1 were achieved with the extraction of a 125 μL-sample, with coefficients of variation (< 20%) and accuracy (all between 80 and 120%) were acceptable limits for this type of analysis. It was possible to observe that the degradation performance reached more than 90% in less than 4 hours for all hormones. Even with this level of degradation it was not possible to remove the estrogenic activity. There was only a significant reduction after 9 h of degradation. Possibly, the estrogenic activity was maintained by the remaining concentration of the hormones and/or by degradation by-products which still present biological activity. Some of these compounds were proposed, some of which have been already published in the literature. However, with the performed analyses, it was not possible to ascertain that the generated compounds during treatment are actually the ones here suggested.

Os polímeros tornaram-se relevantes em nossa vida cotidiana devido à variedade de utilidades que estes possuem. Ao observarmos a nossa volta percebemos que estamos imersos em um mundo cheio de materiais poliméricos. A grande demanda destes materiais exige o incremento da produção global de polímeros. Isto traz consigo um maior consumo de recursos fósseis, acelerando o esgotamento dos mesmos e aumentando a geração e poluentes ambientais. Neste sentido, a polimerização enzimática tem sido considerada uma alternativa importante às técnicas convencionais de polimerização química. Existem descritos na literatura uma variedade de polímeros que foram preparados por polimerização enzimática e em alguns casos usando monômeros de origem biológica comercialmente disponíveis. Na grande maioria dos casos, esses compostos (monômeros) possuem sua reatividade bem estabelecida na literatura. Este projeto teve como motivação o estudo e desenvolvimento de metodologia visando obter novas poliamidas mediante polimerização enzimática em condições de fluxo contínuo, usando monômeros sintetizados a partir da integração de reações fotocatalíticas e reações enzimáticas. Em um primeiro momento, decidiu-se preparar o primeiro intermediário sintético, o 3-carbamoiloctanoato de metila (I), a partir da reação radicalar de amidação do trans-2-octenoato de metila com a formamida. Este composto foi usado como bloco de construção de novos monômeros. O amido-éster I desejado foi obtido a partir de três metodologias: Método fotocatalítico em condições de fluxo contínuo, utilizando como fotoiniciadores acetona e benzofenona; Método fotocatalítico em batelada, usando como fotocatalisador decatungstato de tetrakis(tetrabutilamônio) e método redox catalisado por Fe(II) em presença de ácido viii sulfúrico e peróxido de hidrogênio. A melhor condição reacional avaliada forneceu o composto com 47% de rendimento. Visando obter os monômeros de amida, uma vez obtido o primeiro intermediário de síntese, iniciou-se o estudo da reação de aminólise catalisada enzimaticamente deste substrato com mono e diaminas, em batelada e em fluxo contínuo, para compreensão da reatividade deste tipo de composto. Não foi possível obter o monômero desejado, ao invés disso, foi isolado o produto resultante da reação de aminólise de 1 equivalente do 3-carbamoiloctanoato de metila (I) com a 1,6-hexanodiamina. Este produto foi obtido com 11 % de rendimento. Paralelamente, com o desejo de obter poliamidas a partir de monômeros de base biológica, foi realizado um estudo da reação de aminólise do anidrido itacônico e itaconato de dimetila, com aminas alifáticas catalisada enzimaticamente sob condições de fluxo contínuo. Não foram obtidos os produtos desejados, ao invés disso, foi obtida a lactama correspondente com 70% de rendimento. / Polymers have become relevant in our lives due to their wide variety of applications. As we look around we realize that we are immersed in a world full of polymeric materials. The high demand for these materials requires an increase in the overall production of polymers. As a consequence, a higher consumption of fossil resources and an increasing generation of environmental pollutants would be expected. In this sense, enzymatic polymerization has been considered an important alternative to the conventional chemical polymerization techniques. A wide variety of polymers have been described in the literature, which have been prepared by enzymatic polymerization and in some cases using commercially available monomers from biological sources. In most cases, these compounds (monomers) have their reactivities well established in the literature. This project had as motivation a study and development of methodology to obtain new polyamides by enzymatic polymerization under continuous flow conditions, using monomers synthesized from the integration of photocatalytic reactions and enzymatic reactions. Initially, it was decided to prepare the synthetic intermediate (amide-ester I), from the amidation reaction of methyl trans-2-octenoate with formamide. This compound will be the building block for the new monomers. The desired amide-ester I was obtained from three methodologies: Photocatalytic method under continuous flow conditions, using acetone and benzophenone as photoinitiators; photocatalytic method using tetrabutylammonium decatungstenate photocatalyst and Fe (II) catalyzed redox method in the presence of sulfuric acid and hydrogen peroxide. The best reaction condition provided the compound in 47% yield. x In order to obtain the amide monomers, we began a study to understand the reactivity of this type of compound in aminolysis reaction with mono and diamines catalyzed by lipase, under batch and continuous flow conditions. The desired monomer could not be obtained, instead the product resulting from the aminolysis reaction of 1 equivalent of the methyl 3-carbamoyloctanoate (I) with the 1,6-hexanediamine was isolated. This product was obtained in 11% yield. In parallel, also aiming to obtain polyamides from biologically based monomers, a study of aminolysis reaction of itaconic anhydride and dimethyl itaconate with aliphatic amines catalyzed by lipase was carried out under continuous flow conditions. The desired products were not obtained, instead, the corresponding lactam in 70% yield was obtained.

A formação de nanocompósitos de nanotubos de carbono e certos materiais tais como óxidos e polímeros abre a possibilidade de melhorar as propriedades mecânicas e eletrônicas dos seus constituintes, tornando-os candidatos para as mais diferentes aplicações. O preparo desses nanocompósitos com propriedades desejadas requer o conhecimento do tipo de interação entre os dois materiais. Atualmente, a espectroscopia Raman é considerada uma das principais técnicas utilizadas na caracterização de compósitos contendo os nanotubos. Este trabalho tem como objetivo o estudo espectroscópico, em conjunto com outras técnicas de caracterização, na investigação de evidências de interação de compósitos envolvendo nanotubos de carbono de parede única e nanotubos de carbono de paredes múltiplas formados com o semicondutor nanoestruturado, dióxido de titânio, como também com o polímero polipirrol. Todos os compósitos foram preparados a partir dos nanotubos oxidados em ácido nítrico. Essa etapa é bastante importante, pois além de influenciar sua solubilidade, possibilita gerar grupos funcionais oxigenados nas superfícies dos tubos capazes de formar ligações com outros materiais. Através dos espectros Raman foi possível obter evidência de interação entre os constituintes do compósito, através inversão da razão das intensidades relativas das bandas D e G. No caso dos nanotubos de carbono de parede única, sugerimos a formação do nanomaterial ligado nos nanotubos externos dos feixes e as bandas Raman D e G observadas nos espectros dos compósitos são originadas dos tubos internos dos feixes de nanotubos em ressonância com a energia do laser. Considerando os nanotubos de carbono de paredes múltiplas, a presença do material de tamanho nanométrico faz com que as paredes mais externas desses nanotubos percam sua identidade como nanotubo de carbono. Assim, as características das bandas Raman D e G observadas no espectro são originadas dos tubos mais internos que são semelhantes ao nanotubo pristina. Pelo estudo Raman ressonante dos compósitos de nanotubos de carbono de parede única e polipirrol foi verificada a transferência de carga do polímero em direção ao nanotubo através das modificações tanto nas características espectrais do nanotubo quanto do polímero. Foram observados também, processos de transferência eletrônica do dióxido de titânio para os nanotubos de carbono de parede única através dos deslocamentos das frequências Raman. Foi realizado ainda um estudo comparativo dos processos de degradação do corante verde de Janus B em suspensão de dióxido de titânio e em uma mistura de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de paredes múltiplas em diferentes valores de pH iniciais do corante. Foi observado o aumento significativo na eficiência da degradação do corante na presença do nanotubo no sistema fotocatalítico. Além disso, a investigação dos intermediários formados nos sistemas de catalisadores foi realizada através dos espectros SERS das soluções degradadas e FT-Raman dos catalisadores sólidos / The formation of nanocomposites of carbon nanotubes and certain materials such as oxides and polymers opens the possibility of improving the mechanical and electronic properties of its constituents, making them candidates for a wide range of applications. The preparation of these nanocomposites with desired properties requires the knowledge of the type of interaction between the two materials. Currently, Raman spectroscopy is considered one of the main techniques in the characterization of composites containing nanotubes. This work aims the spectroscopic study combined with other characterization techniques in investigating evidences of interaction in composites involving single-wall nanotubes and multi-wall nanotubes with the nanostructured semiconductor, titanium dioxide, as well as with the polymer polypyrrole. All composites were prepared from the oxidized nanotubes in nitric acid. This step is very important since it influences nanotubes solubility, and enables the generation of oxygenated functional groups on the surfaces of tubes, allowing further functionalization with other materials. Through the Raman spectra, it was possible to obtain evidences of interaction between the constituents of the investigated composites through the inversion in the ratio of the relative intensities of D and G bands. In the case of single-wall nanotubes, it is suggested that the formation of the nanomaterial occurs on the external nanotube bundles, and D and G Raman bands observed in the spectrum are derived from the inner tubes in the bundles in resonance with the laser energy. Considering the multi-wall nanotubes, the presence of nanosized material causes the outer walls of these nanotubes to lose their identity as carbon nanotubes. Thus, the characteristics of the Raman D and G bands observed in the spectrum are derived from innermost tubes, which are similar to pristine nanotube. The resonance Raman study of single-wall nanotubes and polypyrrole composite revealed charge transfer of the polymer into the nanotube through modifications in the spectral characteristics of the nanotube and the polymer as well. Were also observed, electron-transfer process of titanium dioxide to the single-wall nanotubes through the downshift of the characteristic nanotube Raman frequencies. A comparative study of the degradation processes Janus green B dye in titanium dioxide suspension and mixture of multi-wall nanotubes and titanium dioxide was carried out at different pH values. We observed a significant increase in the degradation efficiency of the dye in the presence of nanotubes on the photocatalytic system. Furthermore, the investigation of the intermediates formed in the catalyst systems were performed using SERS spectra of the degraded solutions and FT-Raman of solid catalysts.

Este trabalho investigou a fotodegradação do corante Rodamina-B com o auxílio do catalisador semicondutor Dióxido de Titânio, utilizando como fonte de irradiação pulsos de 40 fs gerados por um sistema laser de Titânio - Safira. Os pulsos laser foram formatados espectralmente (modulação senoidal), gerando trens de pulsos cuja separação foi escolhida para ser ressonante com um modo Raman intenso do catalisador. A fotodegradação da Rodamina-B foi monitorada através de medidas de fluorescência excitada via absorção de dois fótons. Não observamos fotodegradação do corante mediante a irradiação com pulsos ultracurtos, mesmo na presença do catalisador, tanto para o pulso de menor duração alcançada quanto para os trens de pulsos com diferentes separações temporais. Contudo, observamos uma diminuição no espalhamento da luz de excitação devido às nanopartículas de Dióxido de Titânio. Este processo foi estudado com mais detalhes, tendo sido analisada a influência da formatação espectral senoidal no resultado da medida. A relação entre a irradiação com pulsos de femtossegundos e a quebra de aglomerados de nanopartículas foi intuída a partir dos resultados obtidos, sendo fortalecida por medidas de microscopia eletrônica de varredura de um filme das amostras. / This work investigated the photodegradation of Rhodamine-B assisted by Titanium Dioxide semiconductor catalyst, using as irradiation source a Ti:Sapphire laser system delivering 40 fs pulses. The laser pulses were spectrally shaped (sinusoidal modulation), generating pulse trains whose separation was chosen to be resonant with an intense catalysts Raman mode. The Rh-B photodegradation was monitored by two photon excited fluorescence measurements. We have not observed dye photodegradation by the ultrashort pulses irradiation, in the absence of the catalyst, neither with the shortest pulse obtained, nor with pulse trains. Nevertheless, we observed a decrease in the excitation light scattering due to the Titanium Dioxide nanoparticles. Such process was studied by analyzing the influence of sinusoidal spectral phase mask in the signal. The results indicate a relationship between femtosecond pulse irradiation and the breaking of nanoparticles clusters, which was also corroborated by scanning electron microscopy measurements.