Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Recently, great attention has been focused on hydrogen as a clean and renewable potential energy vector. In the present study, a functional system designed for photocatalytic hydrogen evolution from water was developed and analyzed. Essays consisted of cylindrical borosilicate reactor with 750 mL suspension under nitrogen atmosphere, 100 mg L-1 of 0.5% m/m Pt-loaded TiO2 (P25, M02 or M19) using hexachloroplatinic acid as cocatalyst (Pt) precursor and aqueous solution of eléctron donor as sacrificial reagent (methanol, paracetamol or sodium lignosulfonate) at different concentrations. The pH of the suspension was adjusted using NaOH 0.1 mol L-1 or HCl 0.1 mol L-1 solutions previously prepared. The obtained system was maintaned under controlled temperature (20 ºC), stirring and irradiation by the use of 400 W high-pressure mercury lamp (HPL-N). The tests were carried out employing commercial P25 (Degussa-Evonick) to study the stability of the system; role of pH (0.5; 1.8; 2.8; 3.8; 4.8; 6.2; 8.3 e 11.5); influence of methanol concentration (0; 20; 35; 50; 65 e 80% v/v) and the use of alternative sacrificial reagents (paracetamol and sodium lignosulfonate). Lately, essays were conducted employing based-TiO2 catalysts available in LAFOT-CM (M02 e M19) and tests using composites of titanium dioxide associated with zinc phthalocyanine (TiO2/FtZn 2.5% m/m). The results showed that 8 hours of irradiation proved to be enough to evaluate hydrogen evolution satisfactorily; optimum pH lies around point of zero charge (pHpzc) of the employed catalyst, reaching at these conditions 55.36 mmol h-1 g-1; the best methanol concentration studied was 50% v/v achieving 131.41 mmol h-1 g-1 and the use of alternative sacrificial reagents resulted in hydrogen evolution at rate of 9.76 mmol h-1 g-1 with paracetamol, whereas no hydrogen production was detected by the use of sodium lignosulfonate. Among based-TiO2 studied were found the following relationship of hydrogen evolution efficiency: P25 > M19 > M02. The association between zinc phthalocyanine dye and titanium dioxide proved to be favorable to facilitate hydrogen evolution resulting in improvement of 61%, 170% e 34% respectively to P25/ZnPc 2,5% m/m, M02/ZnPc 2,5% m/m e ZnPc/FtZn 2,5% m/m comparared with pure catalyst due to the ZnPc capacity to inject electrons in the conduction band of semiconductors when electronically excited. / Recentemente, a possibilidade de produzir hidrogênio utilizando luz tem atraído o interesse da comunidade científica. No presente estudo, um sistema projetado para a produção fotocatalítica de hidrogênio a partir de água foi testado e analisado. Foi utilizado um reator cilíndrico de borossilicato contendo 750 mL da suspensão constituída por 100 mg L-1 do catalisador baseado no TiO2 (P25, M02 ou M19) carregado com 0,5% m/m de Pt como cocatalisador (utilizando ácido hexacloroplatínico hexahidratado como precursor) e reagente de sacrifício (metanol, paracetamol ou lignossulfonato de sódio) em diferentes concentrações, com pH do meio reacional ajustado e sob atmosfera inerte de gás nitrogênio. O sistema obtido foi mantido sob temperatura controlada (20 ºC), agitação e irradiação utilizando uma lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão (HPL-N) de 400 W. A partir do uso do catalisador comercial P25 (Degussa-Evonick), os ensaios foram conduzidos de maneira a estudar a estabilidade do sistema; o papel do pH (0,5; 1,8; 2,8; 3,8; 4,8; 6,2; 8,3 e 11,5); a influência do uso de diferentes percentuais em volume de metanol (0; 20; 35; 50; 65 e 80%) e o uso de reagentes de sacrifício alternativos (PCT e LSS). Posteriormente foram conduzidos ensaios utilizando os catalisadores baseados no TiO2 disponíveis no LAFOT-CM (M02 e M19) e ensaios empregando compósitos entre o dióxido de titânio e a ftalocianina de zinco (TiO2/FtZn 2,5% m/m). Por meio destes ensaios, constatou-se que 8 horas de irradiação mostra-se suficiente para a avaliação da evolução de hidrogênio; o pH ótimo encontra-se nas mediações do ponto de carga zero do catalisador utilizado, atingindo nessas condições 55,36 mmol h-1 g-1; a melhor concentração de metanol estudada foi 50% v/v (131,41 mmol h-1 g-1) e o uso de reagentes de sacrifício alternativos resultou na produção de hidrogênio a uma taxa de 9,76 mmol h-1 g-1 usando PCT, enquanto não foi observada atividade fotocatalítica usando o LSS. Dentre os catalisadores baseados no TiO2 estudados, obteve-se a seguinte relação de eficiência de produção de hidrogênio: P25 > M19 > M02. O uso de compósitos mostrou-se favorável para melhorar o processo fotocatalítico, com acréscimos de eficiência em relação aos catalisadores puros de 61%, 170% e 34% respectivamente, para P25/FtZn 2,5% m/m, M02/FtZn 2,5% m/m e M19/FtZn 2,5% m/m devido a capacidade que a FtZn possui de injetar elétrons na banda de condução dos semicondutores quando eletronicamente excitadas. / Mestre em Química

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nanopartículas de dióxido de titânio vêm sendo extensamente empregadas como fotocatalisa-dores, já que são eficientes na degradação de diversos poluentes. Visando a obtenção de titâ-nias com diferentes propriedades, realizaram-se sínteses através do método sol-gel, a partir da hidrólise do tetraisopropóxido de titânio (IV) TIPP e seguindo-se os princípios da Química Verde, dispensando-se temperaturas e pressões elevadas. Foi estudada a influência de dife-rentes parâmetros, como: pH, solvente, razão molar álcool/TIPP e ordem de adição dos rea-gentes. Foram obtidas titânias na forma cristalina anatásio, nanométricas, com elevadas áreas superficiais específicas e predominantemente mesoporosas. Visando-se obter titânias com melhores propriedades óticas, isto é, capazes de sofrer a fotoativação pela luz visível, foram sintetizadas titânias dopadas e co-dopadas com os metais ferro e rutênio (Fe3+ e Ru3+) e o a-metal N (N3). A síntese desses materiais também foi realizada através do método sol-gel, sendo a dopagem realizada durante o processo de hidrólise. As amostras foram caracterizadas na forma de pó por difração de raios-X, adsorção-dessorção de nitrogênio, microscopia ele-trônica de varredura e espectroscopia de refletância difusa no UV-Visível. A titânia pura a-presentou como única fase cristalina o anatásio, quando calcinada até 400 C, com a presença de traços de brookita. A partir de 600 C, observou-se o aparecimento da fase rutilo, que em 900C foi a única fase encontrada na titânia. A dopagem com Ru3+dificultou a transformação de fase anatásio para rutilo, ao contrário da dopagem com Fe3+. O processo de co-dopagem acelerou a formação de rutilo, que se apresentou como única fase nas amostras calcinadas a 600 C. As titânias dopadas apresentaram uma leve diminuição na energia de bandgap, sendo os dopantes capazes de deslocar a absorção para o vermelho. Foram realizados testes fotoca-talíticos visando à degradação do azocorante Reactive Yellow 145 com lâmpada de vapor de mercúrio de 125 W a fim de se comparar as atividades fotocatalíticas das titânias puras, dopa-das e co-dopadas, calcinadas a 300C. De todas as titânias sintetizadas, a titânia pura foi a que melhor degradou o corante, tendo um desempenho semelhante ao do TiO2 P25, da Evo-nik / Titanium dioxide nanoparticles have been widely used as photocatalysts due to their efficien-cy in degrading a variety of pollutants. Aiming at obtaining titanium dioxides with different properties, several syntheses were performed using the sol-gel method, hydrolyzing titanium tetraisopropoxide (IV) TIPP and adopting Green Chemistry principles, avoiding high temperatures and pressures. The effect of different synthesis parameters, such as: pH, sol-vent, alcohol/TIPP molar ratio, and reagents addition order was assessed. Nanometric, mesoporous (mainly), anatase titanium dioxides with high specific surface area were obtained. Aiing at developing titanium dioxides with improved optical properties, that is, capable of undergoing photoactivation by visible light, doped and co-doped titanium dioxides with the metals iron and ruthenium (Fe3+ and Ru3+) and the nonmetal N (N3) were synthesized. Those materials were also synthesized by the sol-gel method, in which doping was carried out during the hydrolysis step. Samples were characterized in powder form by X-ray diffraction, nitrogen adsorption-desorption, scanning electron microscopy, and diffuse reflectance spec-troscopy in the UV-Visible range. Pure titania samples presented anatase as the sole crystal-line phase when calcined at 400C, with traces amounts of brookite. At 600C, it was ob-served rutile phase, which is the only one at 900C. Doping with Ru3+ impaired the trans-formation of anatase to rutile, while just the opposite happened with Fe3+. The reagents order during the synthesis proved to be a very important parameter to be observed , since the surface area increases significantly and the amount of macropores in the final product. All doped titanium dioxides presented a slight decrease in the bandgap energy (red shift). Photocatalytic tests were performed aimed at degrading of the azo dye Reactive Yellow 145 with a 125 W mercury-vapor lamp. The performance of pure, doped, and co-doped titanium dioxides, calcined at 300C was compared. Pure titanium dioxide showed the best results, with a simi-lar formance to EvoniksTiO2 P25

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A atrazina (ATZ) é um herbicida utilizado em larga escala no Brasil de forma intensiva em culturas de cana-de-açúcar, milho e sorgo. A ATZ possui caráter persistente e recalcitrante, de forma que os tratamentos convencionais de efluentes não são capazes de removê-lo. Nesse contexto, os processos oxidativos avançados, como a fotocatálise heterogênea, têm se mostrado eficientes para remoção deste poluente. Este trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho dos fotocatalisadores TiO2 P25 e C-TiO2 Kronos vlp 7000 modificado com carbono para a degradação do pesticida atrazina em solução aquosa, utilizando um reator fotoquímico com coletor parabólico composto irradiado por um simulador solar. Os catalisadores TiO2 P25 e C-TiO2 Kronos foram caracterizados por meio de difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho, área superficial específica BET e análise de reflectância difusa. As concentrações de TiO2 P25 e C-TiO2 Kronos empregadas foram 500 e 100 mg L&-1, respectivamente. Os resultados obtidos mostraram significativa remoção de ATZ ao final de 120 minutos (100; 98; 98; 93; 86% para concentrações iniciais de ATZ de 1; 5; 10; 20 e 30 mg L-1, respectivamente) com emprego do catalisador TiO2 P25. No entanto, as análises de carbono orgânico total (COT) indicaram que não houve mineralização significativa da ATZ, com valores inferiores a 20% com o uso do TiO2 P25. Para o catalisador C-TiO2 Kronos não se obteve remoção importante da ATZ ao final de 120 minutos de experimento, quando comparado com o TiO2 P25. Neste caso, o catalisador C-TiO2 Kronos permitiu obter remoções do pesticida de 37; 35; 38; 39 e 45%, aproximadamente, para as concentrações iniciais de ATZ de 1; 5; 10; 20 e 30 mg L-1, respectivamente. Apesar disso, o catalisador C-TiO2 Kronos apresentou melhor desempenho em mineralizar a ATZ a CO2 e H2O em relação ao proporcionado pelo TiO2 P25, com aproximadamente 38% de mineralização. O modelo de Langmuir-Hinshelwood (LH) constitui uma aproximação adequada para a cinética de degradação da atrazina para ambos os catalisadores estudados, com valores de Kr e Kads iguais a 1,54 mg L-1 min-1 e 15,47 L mg-1, respectivamente, para o catalisador TiO2 P25 e de 1,34 mg L-1 min-1 e 132,95 L mg-1, respectivamente para o catalisador C-TiO2 Kronos vlp 7000. / Atrazine (ATZ) is a widely used herbicide in Brazil, where it is intensively applied in sugarcane, corn and sorghum cultivations. However, conventional wastewater treatments are not able to remove ATZ due to its persistent and recalcitrant properties. Advanced oxidation processes, such as heterogeneous photocatalysis, have been proved effective for the removal of this pollutant. This study aims to evaluate the performance of TiO2 P25 and carbon-modified TiO2 Kronos vlp 7000 photocatalysts in the degradation of ATZ in aqueous systems using a tubular photochemical reactor equipped with a compound parabolic collector (CPC) irradiated by simulated solar light. Catalysts TiO2 P25 and C-TiO2 Kronos were characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, BET analysis and diffuse reflectance analysis. The concentrations of TiO2 P25 and C-TiO2 Kronos were 500 and 100 mg L-1, respectively. For TiO2 P25, the results showed significant ATZ removals after 120 minutes of irradiation (100; 98; 98; 93; 86% for initial ATZ concentrations of 1; 5; 10; 20, and 30 mg L-1, respectively). In contrast, the total organic carbon (TOC) analyses indicated that no significant ATZ mineralization occurred, with values lower than 20% for TiO2 P25. In comparison with TiO2 P25, C-TiO2 was not able to completely remove ATZ at the end of 120 minutes of irradition. In this case, pesticide removals of about 37; 35; 38; 39 and 45% were obtained for initial ATZ concentrations of 1; 5; 10; 20, and 30 mg L-1, respectively. Nevertheless, C-TiO2 Kronos showed better performance for ATZ mineralization to CO2 and H2O in comparison with TiO2 P25, with approximately 38% total carbon organic removal. The Langmuir-Hinshelwood (LH) model was shown to be an appropriate approximation for the degradation kinetics of atrazine for both catalysts, with values of Kr and Kads equal to 1.54 mg L-1 min-1 and 15.47 mg L-1, respectively, for the P25 TiO2 and 1.34 mg L-1 min-1 and 132.95 mg L-1, respectively, for C-TiO2 Kronos vlp 7000.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Textile dyes and other commercial dyestuffs have become a focus of environmental remediation efforts in the last few years. Considerable attention has been expended recently on the photocatalytic oxidative degradation of colored contaminants in waste water over semiconductor surfaces. In this work, we evaluated the photocatalytic activities of nanocomposites based on cadmium sulfide (CdS) quantum dots anchored on (mercaptopropyl)silica (MPS) monitoring the photodegradation of methylene blue and rhodamine 6G aqueous solutions under sunlight irradiation. Herein, MPS was selected as the stabilizing agent to prepare the CdS and CdS doped with Cu2+ Qdots by the chemical reaction of cadmium acetate and thiourea in dimethylformamide Abstract|viii (DMF) by a rather simple one-step method. The quantum size effect has been monitored by UV visible spectroscopy, which showed a blue shift of about 16 48 nm relative to bulk CdS in the range 442-474 nm. Particle sizes calculated from Brus s model were found to be dependent on the MPS amount. These results evidenced that as-prepared CdS nanocrystals behave as Qdots. Additionally, XRD mensurements and HRTEM images indicated CdS cubic structure for the nanocrystals, which also exhibited an increment in the fluorescence intensity with decreasing particle size. UV absorption spectra for Cu-doped CdS are essentially similar to that of the undoped Qdots, but the luminescence properties are quite different from those of the undoped samples. Moreover, these materials could effectively degrade the organic dyes under sunlight irradiation by pseudo-first-order kinetics. This suggested that the CdS Qdots prepared in this work can be used as the potential photocatalyst to effectively treat the organic pollutants under sunlight irradiation. / Indústrias têxteis produzem elevado volume de efluentes ricos em corantes tóxicos e não-biodegradáveis. A degradação fotocatalítica de poluentes aquosos usando nanocristais semicondutores é uma área emergente na remediação ambiental. Neste trabalho, a atividade fotocatalítica de quantum dots (Qdots) de sulfeto de cádmio (CdS) ancorados em (mercaptopropil)sílica (MPS) foi investigada a partir da degradação dos corantes azul de metileno (AM) e rodamina 6G (R6G). Nanocristais de CdS e CdS dopado com íons Cu2+ foram preparados pela reação química de acetato de cádmio e tiouréia em presença da matriz de sílica organofuncionalizada, por um método bastante simples e de uma única etapa. Pelos espectros eletrônicos, foi possível notar um Resumo|vi deslocamento para o azul com o aumento da quantidade de MPS e band gaps mais largos do que o bulk de CdS. Os diâmetros das nanopartículas, estimados a partir do modelo de Brus, são dependentes da quantidade da matriz. Estes resultados sugerem que as partículas se comportam como Qdots. Fases cúbicas dos nanocristais são estabelecidas de acordo com dados de DRX e HRTEM e os espectros de emissão corroboram a presença de Qdots no material formado. A dopagem do nanocompósito com íons Cu2+ propiciou mudanças na recombinação elétron-buraco das nanopartículas de CdS, o que foi observado pelos espectros de absorção no UV-vis e de emissão. Avaliação temporal no espectro de absorção no UV-vis dos corantes AM e R6G em contato com CdS/MPS e CdS:Cu/MPS durante irradiação com luz solar mostrou uma pronunciada diminuição da intensidade de absorbância e um deslocamento do máximo de absorção para menores comprimentos de onda, em resposta à formação de subprodutos de degradação.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Currently there are many studies involving Nanocrystals (NC) incorporated into different types of matrices, including, matrices with porous surface. However, little information is known about the incorporation of NC in Diatomite matrix, and there is a lack of studies on the use of this material. In this context, zinc oxide (ZnO) semiconductor nanoparticles were prepared using two sol-gel methods, microwave and autoclave, at 100 ºC and 180 ºC, respectively. The nanocrystals of ZnO obtained by microwaves were incorporated into a matrix of diatomite (DE) in natura and modified. The modifiers used were APTES (3- aminopropyltriethoxysilane) and MPTS (3-Mercaptopropyltrimetoxysilane) for the study. The material DE/ ZnO, in which ZnO was synthesized with mercaptoethanol (ZnO: ME), was applied for the degradation of Methylene Blue (AM) dye, while ZnO, synthesized with diethyleneglycol (ZnO: DEG), was used for degradation of Rhodamine 6G dye (R6G) by photocatalysis. The results of UV-vis and FTIR spectra show that synthesis carried out by heating under adsorption method is more efficient for the incorporation of ZnO in Diatomite matrix. The FTIR spectra showed that the use of modifiers had no significant influence on the structure. According to the UV-Vis spectra, the DE / ZnO material was successful for application to AM photocatalysis and follows a pseudo-first order kinetics. The ZnO:DEG material used for degradation of R6G obtained higher efficiency due to the wide absorption in the UV-Vis of the photocatalyst material. / Atualmente existem diversos estudos envolvendo Nanocristais (NC) incorporados em matrizes de diferentes tipos, incluindo matrizes com uma superfície porosa. Entretanto, pouco se conhece sobre a incorporação de NC em matriz de Diatomita, além de ser limitado a presença de estudos sobre aplicação desse material. Neste contexto, foram preparadas nanopartículas semicondutoras de óxido de Zinco (ZnO) utilizando dois métodos sol-gel, por micro-ondas e autoclave, numa temperatura de 100 ºC e 180 ºC, respectivamente. Os nanocristais de ZnO obtidos por micro-ondas foram incorporados em matriz de Diatomita (DE) in natura e modificada. Foram utilizados os modificadores APTES (3-Aminopropiltrietoxissilano) e MPTS (3- Mercaptopropiltrimetoxissilano) para o estudo. O material de DE/ZnO, no qual o ZnO foi sintetizado com mercaptoetanol (ZnO:ME), foi aplicado para a degradação do corante Azul de Metileno (AM), enquanto o ZnO, sintetizado com dietilenoglicol (ZnO:DEG), não incorporado foi utilizado para degradação do corante Rodamina 6G (R6G) por fotocatálise. Os resultados de UV-Vis e FTIR mostram que a síntese realizada pelo método de adsorção sob aquecimento é mais eficiente para a incorporação de ZnO na matriz de Diatomita. Os espectros de FTIR mostraram que a utilização de modificadores não exerceu influência significativa na estrutura da DE. Segundo os espectros de UV-Vis, o material de DE/ZnO foi bem-sucedido para aplicação em fotocatálise de AM e segue uma cinética de pseudo-primeira ordem. O material de ZnO:DEG utilizado para degradação de R6G obteve maior eficiência devido a ampla absorção no UV-Vis do material fotocatalisador.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Zinc oxide (ZnO) microparticles with a star-shaped morphology have been synthesized by a novel and simple room-temperature method and decorated with gold (GNP) and silver (SNP) nanoparticles for enhanced photocatalysis and bactericide applications. The presence of thiourea during the precipitation of ZnO in alkaline conditions allowed the control of morphological features (e.g. average size and shape) and the surface functionalization with thiocyanate ions (SCN-). TEM images of the sample prepared at pH 12 suggest that the particles grow according to the oriented attachment mechanism. The emission spectra of these particles showed an interesting feature: the emission band position can be tunable by changing the excitation wavelength. SNPs and GNPs were prepared onto ZnO surface by a photoreduction method and it was found that their sizes can be easily controlled by changing the ZnO/AgNO3 or ZnO/HAuCl4 ratios. The presence of SCN- on the semiconductor surface prevents uncontrollable growth of Ag nanoparticles into different morphologies and high degrees of polydispersity. XRD, SEM, TEM, FTIR, UV-vis-NIR and PL were employed for characterizing the structure, morphology and optical properties of asobtained pure and hybrid nanostructures. Finally, the hybrid ZnO/Ag particles show plasmon-enhanced performance for applications in photocatalysis and antibacterial activity than the pure ZnO counterpart. In this work, it was studied the photodegradation of an aqueous methylene blue solution under UV-A irradiation and antibacterial activity toward 4 bacterial strains, including Gram-positive bacteria Staphylococcus aureus (ATCC 43300, ATCC 25923 and ATCC 33591) and Gram-negative bacteria Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853). / Neste trabalho, micropartículas de óxido de zinco (ZnO) com morfologia de estrela foram preparadas à temperatura ambiente por um método novo e simples e decoradas com nanopartículas de ouro (AuNPs) e prata (AgNPs). A presença de tioureia durante a precipitação do ZnO em meio alcalino permitiu o controle do tamanho e forma e a funcionalização da superfície com íons tiocianato (SCN-). Uma série de imagens de MET da amostra preparada em pH 12 sugere que as partículas crescem de acordo com o mecanismo conhecido como “coalescência orientada”. O espectro de emissão destas partículas mostrou uma característica interessante: a posição da banda de emissão pode ser ajustável alterando o comprimento de onda de excitação. AuNPs e AgNPs foram sintetizadas in situ na superfície do ZnO pelo método da fotorredução, sendo que a simples mudança nas proporções ZnO/AgNO3 ou ZnO/HAuCl4 é capaz de controlar os diâmetros médios das partículas. A presença dos íons SCN- na superfície do semicondutor impede o crescimento incontrolável de nanopartículas de Ag em diferentes morfologias e elevados graus de polidispersidade. DRX, MEV, MET, FTIR, UV-vis-NIR e PL foram utilizados para a caracterização da estrutura, morfologia e as propriedades ópticas de nanoestruturas puras e híbridos. Finalmente, as nanoestruturas híbridas ZnO/Ag apresentaram performance superior para aplicações em fotocatálise e atividade bactericida quando comparadas com o ZnO puro. Neste trabalho, foi estudada a fotodegradação de uma solução aquosa de azul de metileno sob irradiação UVA e a atividade bactericida foi testada para 4 estirpes bacterianas, incluindo as bactérias Gram-positivas Staphylococcus aureus (ATCC 43300, ATCC 25923 e ATCC 33591) e Gram-negativas Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853).

The release of various organic and inorganic pollutants into the environment has been considered a major global problem since it has effects on human health and other forms of life. Among the various methods for treating this problem, heterogeneous photocatalysis using semiconductor nanoparticles has been considered one of the most promising. In this work, nanoparticles of cadmium sulfide anchored onto different diatomite species were synthesized using a fast and simple method. Through the UV/visible spectra, variations in the absorption maxima and spectral shifts to hight wavelengthts were observed with the increase of the reaction time, whereas the XRD data showed the formation of the hexagonal phase for the nanoparticles of cadmium sulfide, while the morphological analyzes showed nanoparticles with an approximately spherical shape. Also, the degradation of the methylene blue dye, ciprofloxacin and the reduction of Cr(VI) to Cr(III) ion reduction were studied via photocatalysis. For the dye degradation tests, studies were carried out under UVA and solar irradiation. It was observed that the photocatalysis process was more effective during irradiation with sunlight. For the photocatalytic tests with chromium and ciprofloxacin, it was noticed that the photocatalysis is much more efficient when compared to the adsorption and photolysis processes, showing a reduction rate around 86% for Cr(VI) to Cr(III), after 210 min of solar irradiation, and a pseudo-first order kinetics, whereas the degradation of ciprofloxacin reached approximately 90% after 180 min of exposure with a secondorder kinetic model. / A presença de diversos poluentes orgânicos e inorgânicos que são lançados diretamente no meio ambiente, tem sido considerada um grande problema mundial, uma vez que traz efeitos à saúde dos seres humanos e a outras formas de vida. Dentre os diversos métodos de tratamento empregados, a fotocatálise heterogênea utilizando nanopartículas semicondutoras tem sido considerada uma das mais promissoras. Neste trabalho, nanopartículas de sulfeto de cádmio ancoradas em diferentes espécies de diatomitas foram sintetizadas com diferentes tempos de síntese, por meio de um método rápido e simples. Através dos espectros no UV/visível, notaram-se variações nos máximos de absorção e descolamentos para maiores comprimentos de onda com o aumento do tempo de reação, já os dados de DRX evidenciaram a formação da fase hexagonal para as nanopartículas de sulfeto de cádmio, enquanto que as análises morfológicas apresentaram nanopartículas de forma aproximadamente esféricas. Adicionalmente, estudos de fotocatálise foram realizados na degradação do corante azul de metileno, do antibiótico ciprofloxacina e na redução dos íons Cr(VI) a Cr(III). Para os testes de degradação do corante foram realizados estudos sob irradiação UVA e solar. Foi observado que o processo de fotocatálise foi mais efetivo durante a irradiação com a luz solar. Já para os testes fotocatalíticos com o Cr(VI) e o ciprofloxacina, notou-se que a fotocatálise é muito mais eficaz quando comparada aos processos de adsorção e fotólise, apresentando uma redução do Cr(VI) a Cr(III) em torno de 86%, após 210 min de irradiação solar,e uma cinética de pseudo-primeira ordem, enquanto que a degradação do ciprofloxacina atingiu aproximadamente 90% após 180 min de exposição solar, apresentando um modelo cinético de segunda ordem. / São Cristóvão, SE

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The challenge of nanotechnology, the science that studies the phenomena as well as the manipulation of materials at nanoscale (1-100 nm) is the control of composition, shape and size of nanoparticles, parameters that influence the physical, chemical, optical and electronic properties. In this context, the so-called quantum dots (QDs) are semiconductor nanoparticles which have attracted considerable attention due to their heavily size-dependent optical and electronic properties. Cadmium sulfide (CdS) QDs exhibit important photoluminescent properties, allowing applications in optoelectronic systems, photocatalysis, photodegradation of pollutants in the water medium etc. In this work, we present the results of the synthesis and characterization of CdS nanocrystals, in the absence and in the presence of doping Mn (II) ions, supported on Montmorillonite thiolated (MT) as well as their application as photocatalysts. The materials were characterized by UV-Vis absorption spectroscopy, X-ray diffractometry, photoluminescence spectroscopy and High-Resolution transmission electron microscopy. The effects of nanoparticle size, evaluated first by UV-visible spectroscopy, showed that the absorption maximum changed from 470 to 460 nm for different proportions of the support relative to CdS precursors. The XRD patterns showed three peaks of CdS nanocrystals related to the cubic phase of CdS. The photoluminescence spectra have shown emission bands around 470, 476, 484 and 495 viii nm, attributed to direct recombination of electron-hole pairs, and the presence of a shoulder around 578 nm, attributed to radiative recombination in trap levels from surface deffects. HRTEM images for the sample of CdS/MT 200 mg suggest the presence of monocrystalline CdS nanocrystals with approximately 4.8 nm which assemble together forming polycrystalline aggregates with a size from about 45 nm intercalated into clay layers. The photocatalytic activity of CdS/MT and CdS:Mn / MT was studied by Rhodamine 6G (R6G) photodegradation under sunlight irradiation. The results have shown a decrease in the intensity of the bands in addition to a shift from 526 to 505 nm in the absorption maximum with increasing time. According to the results of photocatalysis after 80min practically all the dye had been degraded, on the other hand, for the adsorption test, after the first 20 minutes there were no significant changes in the dye concentration. The rate of decolorization of dye showed that after 80 min the QDs have an effective induction in the degradation of R6G and the photocatalytic decolorization of R6G can be described by a pseudo first order kinetic model. / O desafio da nanotecnologia, ciência que estuda os fenômenos e manipulação de materiais em escala nanométrica (1-100 nm), é o controle de composição, forma e tamanho de nanomateriais, parâmetros que influenciam as propriedades físicas, químicas, óticas e eletrônicas. Dentro desse contexto, os quantum dots (QDs) são nanopartículas semicondutoras que têm atraído uma atenção considerável devido as suas propriedades ópticas e eletrônicas, que são fortemente dependente da sua dimensão. Os QDs de sulfeto de cádmio (CdS) apresentam importantes propriedades de fotoluminescência, que possibilitam aplicações em sistemas optoeletrônicos, nanosemicondutores, fotocatálise, fotodegradação de poluentes na água etc. Neste trabalho, apresentamos os resultados da síntese, caracterização e aplicação em fotocatálise e adsorção dos nanocristais de CdS, na presença e na ausência de dopagem com íons Mn (II), suportados em Montmorilonita Tiolada (MT). Os materiais obtidos vi foram caracterizados por Espectroscopia de Absorção no UV-vis, Difração de Raios-X, Fotoluminescência e Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução. Os efeitos do tamanho das nanopartículas foram estudas por espectroscopia de UV-visível que mostraram uma absorção máxima em 470 e 460 nm para diferentes proporções da MT. Os difratogramas indicaram três picos relacionados às nanopartículas do CdS que corresponde a fase cúbica do CdS, o que foi corroborado com os dados de HRTEM. Os espectros de fotoluminescência mostram bandas de emissão em torno de 470, 476, 484 e 495 nm atribuídas à recombinação direta dos pares elétron-buraco, e a presença de um ombro em torno de 578 nm, atribuída a recombinação radiativa em níveis de armadilhas provenientes de imperfeições do material. As imagens de HRTEM para a amostra de CdS/MT 200 mg sugerem a presença de nanocristais de CdS monocristalinos, com diâmetro de aproximadamente 4,8 nm, agregados na forma de partículas policristalinas com um tamanho aproximadamente entre 45 nm intercalados nas lamelas da argila. A atividade fotocatalítica do CdS/MT e do CdS:Mn/MT foi estudada através da fotodegradação da Rodamina 6G (R6G) sob irradiação solar.Os resultados evidenciaram uma diminuição da intensidade das bandas e um deslocamento de 526 para 505 nm do máximo de absorção com o aumento do tempo, indicando a formação de intermediários de degradação. De acordo com os resultados de fotocatálise, após 80min de reação praticamente, praticamente todo o corante havia sido degradado, enquanto que para o ensaio de adsorção após os 20 primeiros minutos não houve mudanças significativas na concentração do corante nas amostras. A taxa de descolorização do corante mostrou que, depois de 80 min, os QDs tiveram uma efetiva indução na degradação da R6G e que a descoloração fotocatalítica da R6G pode ser descrita por um modelo cinético de pseudo primeira ordem.

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According to the analysis by X-ray diffraction, the crystalline anatase phase was predominant on calcinations at temperatures equal to and less than 750 ° C for the synthesized compounds. Photocatalytic degradation of the dye Tartrazine, catalyzed by the synthesized compounds was evaluated and compared to P25 (trade photocatalyst) and undoped titanium oxide. Best performance was observed in the photocatalytic activity of P25, followed by titanium oxide doped cerium ten percent and finally the non-doped titanium oxide, respectively obtaining an elimination of 100% color; 45.92% and 33.89% in 60 min, 71.18% and reaching 57% at 120 min respectively for the titanium oxide doped with ten percent of cerium and titanium oxide undoped flow reactor. Thus it is clear that doping the material improved photocatalytic performance. For coupling techniques were performed in three electrolysis current density: 10; 30 and 50 mA / cm2, yielding an elimination of color respectively 26.25%; 37.94% to 40.67%, in this case, the process efficiency is not only related to color removal also depends on the energy consumption, which was 0.26 kWh / g; 0.88 kWh / g 1.85 kWh / g for current densities of 10; 30 and 50 mA / cm2, respectively, and the current density of 30 mA / cm2 showed the most money. Having optimized the two processes, one can then perform the photoelectrochemical experiments, whereas for all three catalysts studied, the combined processes (photoelectrochemical) performed better compared to the separate processes, respectively being obtained discoloration of 100%; 48.82% and 39.00% in 60 min, reaching 73.26% and 65.54% respectively for 120 min in titanium oxide doped with ten percent of cerium and titanium oxide undoped. / Os efeitos da inserção de íons Cério sobre a atividade fotocatalítica do TiO2 foram estudados neste trabalho, para isso, o corante tartrazina, um corante alimentício pertencente à classe dos azo-compostos, foi degradado. Técnicas de caracterização, como difração de raios-X (DRX), Reflectância difusa (UV-VIS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), foram utilizadas para compreender a relação entre a estrutura e a atividade fotocatalítica para os óxidos sintetizados pelo método dos precursores poliméricos, com diferentes temperaturas de calcinação. De acordo com as análises por difração de raios-X, a fase cristalina anatase foi predominante nas calcinações a temperaturas iguais e inferiores a 750 °C para os compostos sintetizados. A degradação fotocatalítica do corante Tartrazina, catalisada pelos óxidos sintetizados, foi avaliada e comparadas com a P25( fotocatalisador comercial) e o óxido de titânio não dopado. Foi observado um melhor desempenho na atividade fotocatalítica do P25, seguido pelo óxido de titânio dopado com dez por cento de cério e por fim pelo óxido de titânio não dopado, obtendo respectivamente uma eliminação da cor de 100 %; 45,92% e 33,89% em 60 min, chegando a 71,18% e 57% em 120 min respectivamente para o óxido de titânio dopado com dez por cento de cério e o óxido de titânio não dopado em reator de fluxo. Dessa forma fica evidente que a dopagem do material melhorou o desempenho fotocatalítico. Para o acoplamento das técnicas foram realizadas eletrólises em três densidades de corrente: 10; 30 e 50 mA/cm2, obtendo respectivamente uma eliminação da cor de 26,25%; 37,94 % e 40,67%, neste caso, a eficiência do processo não está apenas relacionada com a remoção da cor, depende também do consumo energético, que foi de 0,26 KWh/g; 0,88 KWh/g e 1,85 KWh/g, para as densidades de corrente 10; 30 e 50 mA/cm2, respectivamente, sendo que a densidade de corrente de 30 mA/cm2 foi a que apresentou maior custo benefício. Tendo otimizado os dois processos, pode-se então realizar os experimentos fotoeletroquímicos, sendo que, para todos os três catalisadores em estudo, os processos conjugados (fotoeletroquímico) obtiveram melhor desempenho frente aos processos separados, sendo obtidos respectivamente uma descoloração de 100 %; 48,82% e 39,00% em 60 min, chegando a 73,26% e 65,54% em 120 min respectivamente para o óxido de titânio dopado com dez por cento de cério e o óxido de titânio não dopado.