[pt] O foco do presente estudo é desenvolvimento de uma heteroestrutura de dois semicondutores com capacidade de reduzir a taxa de recombinação elétron/buraco mediante uma intensa separação de carga, e ao mesmo tempo sendo sensível ao espectro de luz visível. A separação de carga estaria sendo alcançada por meio da injeção de elétrons livres dentro da banda de condução (BC) do TiO2 na forma de anatásio, provenientes do orbital molecular mais alto ocupado (HOMO) da acetilacetona (Acac), ligada às partículas de anatásio, seguida da sua injeção dentro dos orbitais d desocupados do Fe3+ localizados dentro da banda de energia proibida das nanofolhas de ferrititanatos. Ao mesmo tempo a absorção da luz visível poderia ser assegurada através das nanofolhas de ferrititanatos, considerando-se a interação dos níveis energéticos do Fe3+ com a luz e as bandas de valência e condução, bem como pela formação de complexo de transferência de carga (CTC), entre as nanopartículas de anatásio e Acac. Os nanohíbridos mesoporosos (as heteroestruturas) são produzidos pelas diferentes rotas de junção de nanofolhas de ferrititanato, obtidas da areia mineral ilmenítica e posteriormente esfoliadas, com nanopartículas de TiO2 modificadas com acetilacetona, estes útlimos formando CTC. As técnicas de caraterização empregadas tais como adsorção-dessorção de N2, espectroscopia de emissão de fotoluminescência (PL) e espectroscopia de refletância difusa (DRS), entre outras, confirmaram a formação das heteroestruturas mesoporosas sensíveis à luz visível e com forte mecanismo de separação de cargas. A fotodegradação do gás poluente NO no espectro de luz-visível por meio de vários nanohíbridos mesoporosos (fotocatalisadores) mostrou-se bem sucedida, exibindo uma eficiência até 7 vezes superior em comparação à atividade do material fotocatalítico padrão TiO2 (P-25 da Degussa). / [en] This work focues on the development of a heterostructure composed by two semiconductors, capable to decrease the electron/hole recombination rate through a robust charge separation, and at the same time, this nanohybrid is sensitive to visible light spectrum. The charge separation is achieved by the injection of free electrons within the conduction band (BC) of TiO2 in anatase form, which come from the highest-occupied-molecular-orbital (HOMO) of acetylacetone (Acac), linked to the anatase nanoparticles, followed by the injection into unoccupied Fe3+ d-orbital within band-gap energy of the ferrititanate nanosheets. Additionally, the absorption of visible light could be assured by ferrititanate nanosheets, considering the interaction of the energy levels of Fe3+ with visible light and the valence and conduction bands, as well as, the formation of the charge transfer complex (CTC), between the anatase nanoparticles and Acac. The mesoporous nanohybrids (called also as heterostructures) were produced by different routes of junction of two components: i) ferrititanate nanosheets, which were synthesized from ilmenite mineral sands, and then they were exfoliated into single layers and ii) TiO2 nanoparticles, modified with Acac, which formed the CTC. The characterization techniques, such as N2 adsorption-desorption, photoluminescence emission spectroscopy (PL) and diffuse reflectance spectroscopy (DRS), and so on, confirmed the formation of the mesoporous heterostructures sensitive to visible light and with a robust mechanism of charge separation. The photodegradation of NO pollutant gas within the visible light spectrum through several mesoporous nanohybrids (photocatalysts) demonstrated being well succeeded, exhibiting an efficiency more than seven times higher than the activity benchmark TiO2 (Degussa P-25) photocatalyst.

[pt] A extinta mineradora Cia. Mercantil e Industrial Ingá era responsável por grande parte da produção de zinco no país. Após decretada sua falência, em 1998, sua área permaneceu abandonada por mais de 10 anos. Durante essa década, insumos e resíduos foram armazenados e dispostos de forma inadequada, gerando um dos maiores passivos ambientais já vistos no estado do Rio de Janeiro. Sua barragem de rejeito, construída sem qualquer impermeabilização de base, continha aproximadamente 430.000 m3 de efluente com altas concentrações de zinco (824 mg/l) e cádmio (2,9 mg/l). Além do risco de contaminação das águas subterrâneas, a possibilidade de ruptura do dique desta barragem era cada vez mais evidente, principalmente durante as temporadas de chuva. Em 2004, a PUC-Rio foi contrada pela Massa Falida para assumir a área e propor medidas emergenciais para a remediação do passivo ambiental. Em 2008, a universidade desenvolveu um sistema de tratamento de efluente líquido, que conseguiu aumentar o volume tratado por mês, passando de 24.000 m3/mês para 160.000 m3/mês, eliminando o risco de ruptura do dique. O sucesso desse sistema deu origem a este trabalho. O propósito desta dissertação foi desenvolver o conceito do sistema utilizado na remediação ambiental da Cia. Mercantil e Industrial Ingá, dando origem a um projeto piloto compacto e eficiente, capaz de se adequar a diferentes tipos de efluentes. / [en] After bankruptcy in 1998, a major Brazilian zinc producer – Cia. Mercantil e Industrial Ingá – industrial site was abandoned for about ten years. As a result, raw materials and industrial waste were disposed in an inappropriate way for one decade, creating one of the biggest environmental liabilities in the State of Rio de Janeiro – Brazil. The company s waste dam contained around 430.000 m3 of effluent with high concentrations of zinc (824 mg/l) and cadmium (2,9 mg/l), even though it was not conveniently sealed. Besides de risk of contamination of underground reservoirs of water, the possibility of a dam breakdown became evident, especially during the raining seasons. In 2004, the Catholic University of Rio de Janeiro (PUC-Rio) was hired by the authority Massa Falida – legally responsible for managing the assets and liabilities of the bankrupted company – to propose urgent measures to repair the environmental damages caused by the mining company. In 2008, The Catholic University team developed a liquid effluent treatment system which increased the previous treatment capacity from 24.000 m3/month to 160.000 m3 /month. This increase eliminates any risk of a dam breakdown. Based on this important achievement, the present work intends to develop and systematize the conceptual approach applied to the Cia. Mercantil e Industrial Ingá case, in order to give birth to a compact e efficient pilot project, capable to be adjusted to different types of effluents.