Este trabalho teve como objetivo obter nanocompósitos de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPMs) com TiO2, e caracterizá-los quanto a sua estrutura, características ópticas e atividade fotocatalítica. Os nanocompósitos foram obtidos a partir de NTCPMs comerciais (Baytubes®), e dois diferentes TiO2: um comercial (P25) e um obtido na síntese de TiO2 tendo tetra propóxido de titânio (TTP) como precursor. Foram utilizados dois diferentes sistemas líquidos para a obtenção dos nanocompósitos NTCPM-TiO2: um, em pH ácido e outro, em pH alcalino. Os nanocompósitos obtidos a partir do TTP foram posteriormente tratados termicamente a 400 °C, 500 °C, 600 °C e 700 °C para formação de fases cristalinas de TiO2. Os nanocompósitos foram investigados quanto a sua atividade fotocatalítica, empregando-os como catalisadores na degradação do corante orgânico alaranjado de metila, em solução aquosa, sob radiação ultravioleta. Os resultados foram associados a características da estrutura dos nanocompósitos, utilizando técnicas como difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia Raman e espectroscopia por infravermelho e área superficial específica. A caracterização óptica foi obtida por espectroscopia fotoluminescente e espectroscopia por refletância difusa. A análise térmica foi empregada para quantificar a presença de NTCPMs no nanocompósito empregado como catalisador. O desempenho fotocatalítico dos nanocompósitos foi correlacionado com o efeito do pH dos sistemas líquidos empregados na sua obtenção, natureza da interação (química e/ou física) entre nanotubo de carbono e TiO2, fases presentes no TiO2, energia do gap óptico e presença de defeitos estruturais no TiO2. A maior eficiência na fotocatálise foi observada nos nanocompósitos NTCPMs-TiO2 obtidos a partir do TiO2 comercial, e nos obtidos a partir do precursor TTP tratado termicamente a 500 °C, ambos em meio ácido. Estes resultados puderam ser associados às menores energias de transição e nível de defeitos no TiO2 nesses nanocompósitos, quando comparados aos demais. / This study aimed to obtain nanocomposites from multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with TiO2, and characterize them according to their structure, optical properties and photocatalytic activity. The nanocomposites were obtained from commercial MWCNTs (Baytubes®) and two different types of TiO2: a commercial one (P25) and one obtained by synthesizing TiO2 with titanium tetra propoxide (TTP) as a precursor. Two different fluid systems were used for obtaining the MWCNT-TiO2 nanocomposites: one with acid pH and the other with alkaline pH. The nanocomposites obtained from TTP were subsequently heat treated at 400 °C, 500 °C, 600 °C and 700 °C to form crystalline phases of TiO2. The nanocomposites were investigated for their photocatalytic activity, employing them as catalysts in the degradation of organic methyl orange dye in an aqueous solution under ultraviolet radiation. The results were associated with the characteristics of the nanocomposites’ structure, using techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and specific surface area. Optical characterization was obtained by photoluminescence spectroscopy and diffuse reflectance spectroscopy. Thermal analysis was used to quantify the presence of MWCNTs in the nanocomposite employed as catalyst. The photocatalytic performance of the nanocomposites were correlated with the effect of the pH of the liquid systems employed for obtaining them, the nature of the interaction (chemical and/or physical) between the carbon nanotube and TiO2, the phases present in the TiO2, the optical energy gap and the presence of structural defects in TiO2. The highest photocatalytic efficiency was observed in the MWCNT-TiO2 nanocomposites obtained from commercial TiO2, and in those obtained from the TTP precursor heat treated at 500 °C, both in an acid medium. These results could be associated with the lower transition energy and level of defects in the TiO2 of these nanocomposites when compared to the other samples.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2014-10-03T15:33:10Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Cristiane.pdf: 9154051 bytes, checksum: aa1fa030f760c514e3fc02dbacb83066 (MD5) / Approved for entry into archive by Fatima Cleômenis Botelho Maria (botelho@ufba.br) on 2014-10-03T15:55:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Cristiane.pdf: 9154051 bytes, checksum: aa1fa030f760c514e3fc02dbacb83066 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-03T15:55:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Cristiane.pdf: 9154051 bytes, checksum: aa1fa030f760c514e3fc02dbacb83066 (MD5) / Hidrogênio obtido a partir de água é uma atrativa fonte de energia, visto que pode ser produzido por fontes renováveis e inesgotáveis, e é não poluente. Atualmente, a principal forma de produção de hidrogênio é através da reforma catalítica de gás natural; porém, um novo processo baseado na fotólise da água com auxílio de semicondutores fotocatalíticos é considerado uma alternativa promissora. Diversos materiais já foram testados e outros desenvolvidos com o intuito de aumentar a atividade fotocatalítica na decomposição da água, dentre estes estão o niobato e o tantalato de bismuto (BiNbO4 e BiTaO4), fotocatalíticamente ativos quando irradiados com luz ultravioleta. No entanto, é possível que modificações químicas e nas dimensões de partículas resultem em melhor atividade. O método citrato de precursores poliméricos foi empregado para preparar BiTaO4 e BiNbO4 com a determinação da temperatura ideal de polimerização empregando técnicas termoanalitícas, e um estudo exploratório da temperatura mínima de calcinação foi realizado para obtenção da fase pura desejada, confirmada por difratometria de raios X. A fim de ativar os semicondutores com radiação visível foi realizada a dopagem desses semicondutores com íons de metais de transição, Cr(III) e Mo(V), com concentrações que variaram de 1 – 4% (mol/mol), e um estudo de como as energias de band gap sofreram modificações. Foi observado que a atividade fotocatalítica dos óxidos dopados com molibdênio ou cromo, nas condições avaliadas, é fortemente influenciada pelos teores dos metais e a amostra que apresentou melhor atividade fotocatalítica na geração de hidrogênio foi BiTaO4 dopado com Cr(III) a 2%. Os resultados desse trabalho podem contribuir para o desenvolvimento de sistemas fotoquímicos eficientes empregados na produção fotocatalítica de hidrogênio, utilizando matérias- primas abundantes, renováveis e ambientalmente amigáveis, como água e luz solar. / Hydrogen obtained from water is an attractive energy source, since it can be produced by renewable and inexhaustible primary source, besides it is not pollutant. Nowadays, the principal form of hydrogen production is through catalytic reform of natural gas; although, a new process based on water splitting, with the support of photocatalytic semiconductors, is considered a promising alternative. Many materials have already been tested and developed with the intention of increasing the photocatalytic activity for water splitting, in which are present bismuth niobates and tantalates (BiNbO4 e BiTaO4), photocatalyticly active under UV light irradiation. However, it is possible that chemical modifications and modifications in particle dimensions result in better activity. The citrate method of polymeric precursors was used to prepare BiTaO4 e BiNbO4 with the determination of the ideal temperature of polymerization using thermoanalytical techniques, and an exploratory study of the minimal temperature of calcination was used to obtain a pure desired phase, confirmed by X rays diffractometry. In order to activate the semiconductors with visible radiation, a doping of these semiconductors with ions of transition metals, Cr(III) and Mo(V), with concentrations that ranged from 1 – 4% (mol/mol), and a study of how the band gap energies suffered modifications. The results suggest that the type and the concentration of metal doping exercise great influence on the crystalline structure and morphology of the oxides. While Cr(III) favors a beta phase (triclinic), Mo(V) favors an alpha phase (orthorhombic). Also, the presence of Cr(III) induces the formation of materials with more homogeneous morphologies and size of particles smaller than the obtained in presence of Mo(V). It was observed that a photocatalytic activity of the doped oxides with Molybdenum or Chromium, in the evaluated conditions, is strongly influenced by the metal concentrations and the sample that presented the best photocatalytic activity in hydrogen generation was BiTaO4 doped with Cr(III) at 2%. The experimental ratio H2/CO2, in this case, is much higher than the theoretical, suggesting that the isopropyl alcohol is not completely mineralized. The results of this work can contribute for the development of efficient photochemical systems applied in the photocatalytic production of hydrogen, using raw material in abundance, renewable and environmentally friendly like water and solar light.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2014-10-21T15:52:48Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de mestrado Paula Lopes.pdf: 3114896 bytes, checksum: 64c14138aec1c0f19b0f9445d7a07625 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2014-10-29T17:29:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação de mestrado Paula Lopes.pdf: 3114896 bytes, checksum: 64c14138aec1c0f19b0f9445d7a07625 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-29T17:29:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação de mestrado Paula Lopes.pdf: 3114896 bytes, checksum: 64c14138aec1c0f19b0f9445d7a07625 (MD5) / Energia e Ambiente ocupam posições de destaque dentre os grandes desafios da hu manidade e a produção de hidrogênio a partir da reforma foto - induzida de solução aquosa de glicerol é uma investigação de grande interesse científico e importância para a sociedade e o meio ambiente , pelo fato de gerar energia limpa a partir de fontes reno váveis e com baixo custo. Neste sentido, o presente trabalho propõe desenvolver semicondutores do tipo sulfetos metálicos e soluções sólidas do tipo Cd (1 - x) Zn x S capazes de absorver luz visível e assim conduzir a reação de decomposição da água e glicerol le vando à produção de hidrogênio assistida por um simulador de luz solar . Para tanto, foi desenvolvido um método sonoquímico de síntese de nanopartículas dos sulfetos com diferentes proporções Cd:Zn:S nas soluções de partida. As análises de difração de raios X confirmaram a obtenção das fases dos sulfetos puros e soluções sólidas. As micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura revelam diferentes morfologias a depender do teor de zinco nas soluções sólidas e a formação de nanoesferas de CdS pu ro em fase hexagonal. Os materiais ainda foram caracterizados por EDX, DRS e análise textural por adsorção de N 2 . A avaliação da atividade fotocatalítica na produção de hidrogênio revelou que todas as amostras contendo Cd em sua composição foram ativas, co m exceção da amostra S 8 ( Cd:S 1:8). O fotocatalisador que apresentou melhor atividade foi a solução sólida obtida com a proporção 1:8:4 (Cd:Zn:S), com uma taxa de produção de hidrogênio de 239  mol g - 1 h - 1 . Os resultados demonstraram que a introdução de zinco na matriz wurtzita de CdS aumenta a atividade fotocatalítica e a estab ilidade do fotocatalisador em me io aquoso. / Energy and Environment are ones of the great challenges of humanity and the production of hydrogen from photo - induced reforming of glycerol aqueous solution is an investigation of great scientific interest and importan t fo r the society and the environment . This process can generate clean e nergy from renewable sources with low cost. In this sense, the present work proposes to develop semiconductor s, metal sulfide type and solid solutions type, Cd (1 - x) Zn x S , able to absorb vis ible light and decompos e water and glycerol leading to hydrogen production assisted by a simulator sunlight. Thus , it was developed a sonochemical method to synthesi ze semiconductor nanopar ticles with different Cd:Zn:S ratios in starting solutions. X - ray d iffraction analysi s confirmed the formation of pure sulfides and solid solutions phase s . The micrographs obtained by scanning electron microscopy reveal different morphologies depending on the zinc content in the solid solutions and the formation of CdS na no - spheres in hexagonal pure phase. The material s w ere also ch aracterized by EDX, DRS and textural analysi s by N 2 adsorption . The assessment of photocatalytic activity in hydrogen production showed that all samples containing Cd were active with respect to hydrogen production , exception S 8 sample ( Cd:S 1:8). The photocatalyst that showed the best activity was the solid solution obtained with the ratio 1:8:4 (Cd:Zn:S), with a hydrogen production rate of 239 μmol g - 1 h - 1 . The results demonstrated that the int roduction of zinc in CdS wurtzite matrix increases the photocatalyt ic activity and stability of the photocatalyst in aqueous medium

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / First principles calculations within the density functional theory have been used to study the main structural, energetic, electronic, and optical properties of hydrogenated Si and Ge in the 2D structures (silicane and germanane). The calculations of the energetic stability were performed using the GGA-PBE approximation for the exchange-correlation functional. To a better description of the electronic properties, the HSE06 functional was used. We obtain that silicane and germanane are semiconductors com energy band gap of 2.94 eV (indirect, where the VBM is localized in the Γ point while the CBM is localized in the M point) and 1.61 eV (direct, both VBM and CBM are localized in the Γ point), respectively. The analysis of optical properties shows that germanane has a direct and smaller band gap being superior to silicane for fotocatalysis using solar energy. However, considering the production of H2 and O2 from the water splitting both materials are suitable only to the water reduction. The chemical functionalization through the substitution of a H atom by a N, P, S, Li, Na, K, Mg and Ca atom do not change the geometric structure of silicane and germanane. The calculated binding energies show that N, P and S adsorbed on a H site have greater binding energies (greater stability) when compared to alkaline metals (Li, Na, and K) and alkaline earth metals (Ca and Mg). The results show that the chemical functionalization give rise to new electronic levels inside the band gap, which is decreased when compared to the pristine system. Compared to the GGA-PBE functional, the use of HSE06 gives great values for the band gap as well as for the work function. A trend between the binding energies and the work functions is observed, the greater the binding energy the greater the work function. We also considered the chemical doping when a boron or a nitrogen substitutes a Si or Ge atoms. We have observed that when a B substitutes a SiH (GeH) unit, the systems preserve the semiconductor properties with a localized and empty electronic level inside the band gap. The adsorption of a H atom on the B site decreases the formation energies and the systems present metallic (for high concentrations of B) or p-type semiconductor (for low concentrations of B) properties. When a second H atom is adsorbed on the B atom the systems are more stable (lower formation energies) and semiconductors properties are observed. For N substituting a SiH (GeH) unit the semiconductor properties are preserved, however the band gap decreases and for silicane the band gap changes from indirect (pristine system) to direct (both VBM and CBM are localized in the Γ point). When a H atom is adsorbed on the N atom the systems present metallic (for high concentration of N) or n-type semiconductor properties (for low concentration of N). When a second H atom is adsorbed on the N impurity the systems present semiconductor properties, but localized electronic levels are present in the band gap. The analysis of the charge density and the electronic density of states shows that these localized levels come from Si (Ge) atoms with dangling bonds. The adsorption of H atoms on the dangling bonds stabilize the systems, which present negatives values for the formation energies (the systems are exothermic). These results show that the hydrogenated Si and Ge in the 2D structures are excellent candidates to be used in many applications, such as, fotocatalysis and electronic devices. / ΓUtilizando cálculos de primeiros princípios dentro da Teoria do Funcional da Densidade realizamos um estudo das principais propriedades estruturais, energéticas, eletrônicas e óticas dos sistemas hidrogenados formados por silício (Si) e germânio (Ge) na estrutura 2D (silicano e germanano). Os cálculos da parte energética foram realizados usando a aproximação GGA-PBE para descrever a energia de troca e correlação. Para uma melhor descrição da estrutura eletrônica usamos o funcional HSE06. Obtivemos que o silicano e o germanano são semicondutores com valores de gap de energia de 2,94 eV (indireto, onde o topo da banda de valência é localizado no ponto Γ e o fundo da banda de condução é localizado no ponto M) e 1,61 eV (direto, onde o topo da banda de valência e o fundo da banda de condução são localizados no ponto Γ). A análise das propriedades óticas mostra que o germanano é superior ao silicano para aplicações na fotocatálise utilizando a luz solar. Isto ocorre devido ao fato de que o germanano apresenta um espectro de absorção ótica na região da luz visível e um gap de energia direto. Entretanto, para a produção de H2 e de O2 a partir da quebra da molécula de H2O, ambos os materiais são somente bons candidatos para a reação de redução da água. Considerando a funcionalização química através da substituição de um átomo de H por um átomo de N, P, S, Li, Na, K, Mg e Ca, temos que a presença destes átomos não resulta em qualquer distorção na geometria do silicano e do germanano. Os valores das energias de ligação mostram que os elementos não metálicos, N, P e S, adsorvidos no lugar de um átomo de H apresentam os maiores valores de energias de ligação (maior estabilidade) em comparação com os metais alcalinos (Li, Na e K) e com os metais alcalinos terrosos (Mg e Ca). Os resultados mostram que a funcionalização química modifica as propriedades eletrônicas introduzindo níveis de defeitos nos gap de energias das estruturas eletrônicas de bandas em comparação com os sistemas pristinas. A utilização do funcional HSE06 faz com que os valores dos gap de energias e os valores das funções trabalho dos sistemas funcionalizados aumentem em comparação com os valores obtidos com o funcional GGA-PBE. Observamos que para os sistemas funcionalizados existe uma relação entre a energia de ligação e a função trabalho, ou seja, maior a energia de ligação maior é o valor da função trabalho. Consideramos também a dopagem química do silicano e do germanano com boro e nitrogênio substituindo um átomo de Si ou um átomo de Ge. Observa-se que quando um átomo de B substitui uma unidade SiH (GeH), os sistemas apresentam propriedades semicondutoras, com um nível de defeito no gap de energia. A adsorção de um átomo de H no átomo de B faz com que os valores das energias de formação diminuem e os sistemas apresentam propriedades metálicas (alta concentração de B) ou semicondutoras do tipo-p (baixa concentração de B). Quando um segundo átomo de H é adsorvido no átomo de B, os sistemas apresentam os menores valores de energias de formação e características semicondutoras. Para a dopagem com nitrogênio, temos que quando um átomo de N substitui uma unidade SiH (GeH), os sistemas apresentam propriedades semicondutoras com gap de energia direto no ponto Γ. A adsorção de um átomo de H no átomo de N faz com que os valores das energias de formação diminuem (aumentem) no germanano (silicano) e propriedades metálicas (alta concentração de N) ou semicondutoras do tipo-n (baixa concentração de N) são observadas. Quando um segundo átomo de H é adsorvido no átomo de N, a mesma tendência nas energias de formação é observada. Os sistemas apresentam propriedades semicondutoras com níveis de defeitos nos gap de energias devido a presença de ligações pendentes. Se átomos de H são adsorvidos nos átomos de Si (Ge) com ligações pendentes, os sistemas são estabilizados com valores de energias de formação negativos (os sistemas são exotérmicos). Estes resultados mostram que os sistemas formados por Si e Ge hidrogenados na estrutura 2D são excelentes candidatos para serem utilizados em dispositivos com várias aplicações como na fotocatálise e na eletrônica.

Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-07T12:48:06Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4672568 bytes, checksum: 30655ee26e612b43221335d08bddc500 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T12:48:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4672568 bytes, checksum: 30655ee26e612b43221335d08bddc500 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Magnesium stannate (Mg2SnO4) and titanate (Mg2TiO4) are inverse spinel-type oxides, applied as humidity sensors, hot resistor, dieletric, temperature compensation capacitor, electronic ceramic and refractory material. In the present work, these two materials were combined in order to obtain a solid solution, Mg2(Ti1-xSnx)O4, (x = 0; 0,25; 0,50; 0,75; 1,0) by the modified-Pechini method, in order to investigate the influence of Sn4+ substitution for Ti4+ in the spinel lattice for application as photocatalyst for discoloration of Gold yellow remazol and to avoid micro-organism adhesion into surfaces. The synthesis of the spinels was optimized. Catalysts were characterized by X-ray diffraction, UV-visibe spectroscopy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, surface area measurement using BET method. Mg2TiO4 is a metastable compound, which decomposes into ilmenite (MgTiO3) above 800 °C. On the other hand, reaches long-range order at lower temperatures, while single phase Mg2SnO4 is only obtained from 900 °C. For these reasons, different temperatures are necessary to obtain the single phase materials. Infrared and Raman spectra confirmed the presence of [MgO6]-10, [TiO6]-8, [SnO6]-8 octahedra and (MgO4)-6 tetrahedra. The photocatalytic tests were carried out in a reactor comprising of UVC lamp (λ = 254 nm). Mg2SnO4 presented the best photocatalytic result, with 79% of discoloration at pH 6 and 87% at pH 3, while Mg2TiO4 showed 7% of conversion at pH 6, without increasing efficiency at pH 3. The obtained spinels were effective in inhibiting bacterial and fungal growth as indicated by fluorescence analysis for Gram positive bacteria (S. aureus and S. mutans), Gram negative bacteria (P. aeruginosa and E. coli) and fungus (Candida albicans) showing the potential for microbial anti-adhesion material. Tests with higher titanium content showed the best results except for E. coli. / O estanato (Mg2SnO4) e o titanato de magnésio (Mg2TiO4) são óxidos do tipo espinélio inverso, aplicados como sensores de umidade, resistor de calor, dielétrico, capacitor para compensação de temperatura, cerâmica eletrônica e material refratário. Nesse trabalho, os dois materiais foram combinados com a finalidade de obter uma solução sólida, Mg2(Ti1-xSnx)O4, (x = 0; 0,25; 0,50; 0,75; 1,0), utilizando o método Pechini modificado, de modo a investigar a influência da substituição dos íons Sn4+ por íons Ti4+ na rede do espinélio para aplicação como catalisadores na descoloração do corante remazol amarelo ouro e na antiadesão microbiana. A síntese dos espinélios foi otimizada. Os catalisadores foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios-X, espectroscopia na região do ultravioleta e do visível, e espectroscopia Raman, espectroscopia na região do infravermelho e medida de área superficial por BET. O Mg2TiO4 é um composto metaestável, se decompondo em ilmenita (MgTiO3) acima de 800 °C. Por outro lado, o Mg2TiO4 se organiza a longo alcance em temperaturas mais baixas enquanto que o Mg2SnO4 monofásico é obtido apenas a partir de 900°C. Com isso, observa-se que diferentes temperaturas são necessárias para se obter os materiais monofásicos. Os espectros de IV e Raman confirmaram a presença dos octaedros [MgO6]-10, [TiO6]-8, [SnO6]-8 e tetraedro (MgO4)-6. Os testes fotocatalíticos foram realizados em um reator composto por lâmpadas UVC (λ = 254 nm). O Mg2SnO4 apresentou o melhor resultado, com descoloração de 79 % em pH 6 e 87 % em pH 3, enquanto o Mg2TiO4 apresentou conversão de 7 % em pH 6, sem aumento de eficiência em pH 3. Os espinélios obtidos mostraram-se eficazes na inibição do crescimento bacteriano e fúngico como indicado pela análise de fluorescência para bactérias Gram positivas (S. aureus e S. mutans), Gram negativas (P. aeruginosa e E. coli) e para o fungo (Candida albicans) mostrando o potencial de antiadesão microbiana dos materiais. Os testes com maior teor de titânio apresentaram os melhores resultados exceto para a E. coli.

Made available in DSpace on 2015-05-07T14:49:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 971027 bytes, checksum: d7b9e301ff511c4ffe34d7076926030e (MD5) Previous issue date: 2006-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The industry is a section of the contemporary society with great pollutant potential of the environment, especially of the aquatic ecosystems. The tanning industries are big producing of dejections with significant amounts of organic matter and of chrome. The conventional processes of treatment applied those dejections, not always they possess good effectiveness. Actuality, the Advanced Oxidation Processes represent an excellent alternative of tertiary treatment. In the present study, the application of the heterogeneous photocatalysis was evaluated, being used a photocatalyst (TiO2) immobilized, in the tertiary treatment of synthetic liquid effluents representative of tanning industries. It was aimed at to remove Cr(VI) and organic matter. The photocatalytic reactor was of the type Fixed Bed of Fine Film, built with a plate of glass arrayed for the fixation of TiO2. It was adopted as radiation sources, the sun and lamps issuing of UV radiation (λ= 250 nm). The smallest values of removal effectiveness for Cr(VI) they were of 62% and 51% and of DOC they were from 60% and 53% to the experiments done with radiation UV originating from of the sun and of lamps, respectively. The results of the parameters related to the reduction phases and oxidation of the heterogeneous photocatalysis, they showed that the exhibition in the sun, he/she has effectiveness of larger relative removal than the exhibition to UV lamps. The data of relative removal of Cr(VI) and of DOC and the constants kinetics of these parameters, they indicated that the adopted experimental configurations optimized the phase of reduction of the heterogeneous photocatalysis. / A indústria é um setor da sociedade contemporânea com grande potencial poluidor do meio ambiente, especialmente dos ecossistemas aquáticos. As indústrias de curtume são grandes produtoras de dejetos com significativas quantidades de material orgânico e de cromo. Os processos convencionais de tratamento aplicados a esses dejetos, nem sempre possuem boa eficácia. Atualmente, os Processos Oxidativos Avançados representam uma excelente alternativa de tratamento terciário. No presente estudo, avaliou-se a aplicação da fotocatálise heterogênea, usando-se um fotocatalisador (TiO2) imobilizado, no tratamento final de efluentes líquidos sintéticos representativos de indústrias de curtume. Objetivou-se remover Cr(VI) e matéria orgânica. O fotorreator foi do tipo Leito Fixo de Filme Fino, construído com uma placa de vidro jateado para a fixação do TiO2. Adotou-se como fontes de radiação, o sol e lâmpadas germicidas emissoras de radiação UV (λ= 250 nm). Os menores valores de eficácia de remoção para Cr(VI) foram de 62% e 51% e de DQO foram de 60% e 53% para os experimentos feitos com radiação UV oriundas do sol e de lâmpadas, respectivamente. Os resultados dos parâmetros relacionados às fases de redução e oxidação da fotocatálise heterogênea, mostraram que a exposição ao sol, tem eficácia de remoção relativa maior do que a exposição à lâmpadas UV. Os dados de remoção relativa de Cr(VI) e de DQO e as constantes cinéticas destes parâmetros, indicaram que as configurações experimentais adotadas otimizaram a fase de redução da fotocatálise heterogênea.

Submitted by FABIO RODRIGUES ORSETTI null (faorsetti@yahoo.com.br) on 2017-10-10T13:37:14Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Orsetti, F. 10.0 .pdf: 3909374 bytes, checksum: bec785688b506e52ae3168e3e40bbb30 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-10-11T16:51:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cruz_nc_me_bauru.pdf: 3909374 bytes, checksum: bec785688b506e52ae3168e3e40bbb30 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-11T16:51:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cruz_nc_me_bauru.pdf: 3909374 bytes, checksum: bec785688b506e52ae3168e3e40bbb30 (MD5) Previous issue date: 2017-08-16 / A fotocatálise heterogênea utilizando óxido de titânio tem se mostrado promissora na degradação de poluentes orgânicos. Neste contexto, a oxidação eletrolítica assistida por plasma (do inglês, Plasma electrolytic oxidation – PEO) é um método bastante compatível por possibilitar a formação de superfícies fotocatalíticas com porosidade e com composição química controladas. Neste trabalho, a oxidação por PEO foi utilizada na geração de superfícies porosas em um substrato de titânio, usando uma solução eletrolítica contendo 5 ou 10 g/L de oxalato amoniacal de nióbio, com a finalidade de incorporar nióbio às superfícies de óxido de titânio, visando de aumentar sua atividade fotocatalítica sob luz visível. No processo de PEO foram utilizadas as tensões de 500 e 600 V, com frequência fixada em 60 Hz e tempo de tratamento variando de 60 a 600 s. As morfologias, topografias superficiais e estruturas cristalinas das amostras foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM) e difração de raios X (DRX), respectivamente. Energia dispersiva de raios X (EDS) foram empregadas para determinação de estrutura cristalina e composição química, respectivamente. O gap óptico das amostras foi determinado a partir de espectros de reflexão na região do ultravioleta visível (UV-Vis). Rugosidade foi determinada por perfilometria e um goniômetro automatizado foi usado para determinação do ângulo de contato e energia de superfície. A atividade fotocatalítica foi avaliada a partir da degradação de azul de metileno. A amostra que apresentou a melhor atividade fotocatalítica foi a produzida usando 500 V, 600 s e 10 g/L, a qual resultou na degradação de 70% de azul de metileno após 120 min sob irradiação com uma lâmpada de luz ultravioleta. / Heterogeneous photocatalysis using titanium oxide has shown to be promising in degradation of organic pollutants, reducing their toxicity and allowing them to be degraded by the environment. In this context, Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) is a very interesting method because it allows the formation of photocatalytic surfaces with controlled porosity and chemical composition. In this work, PEO oxidation was used for the generation of porous surfaces of titanium substrates, using an electrolytic solution containing 5 or 10 g / L of niobium ammonium oxalate, with the purpose of incorporating niobium to titanium oxides, aiming the enhance of its photocatalytic activity under visible light. In the PEO process, voltages of 500 and 600 V were used, with a frequency set at 60 Hz and treatment time ranging from 60 to 600 s. The samples surface morphologies; topography and crystallographic structure were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and X-ray diffraction (XRD), respectively. X-ray dispersive energy spectroscopy (EDS) have been employed for crystallographic structure and chemical composition evaluations, respectively. The optical gap of the samples was determined from reflection spectra in the visible ultraviolet region (UV-Vis). Roughness was determined by profilometry and an automated goniometer was used for contact angle and surface energy measurements. The photocatalytic activity was evaluated from the degradation of methylene blue. The sample with best photocatalytic activity was produced using 500 V, 600 s and 10 g / L, which resulted in the degradation of 70% methylene blue after 120 min under irradiation with ultraviolet light.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Devido o contínuo desenvolvimento tecnológico e o crescimento populacional, o consumo de energia vem sendo cada vez maior ao longo dos anos. Neste aspecto, a fotocatálise atrai grande interesse devido seu potencial no aproveitamento da energia solar. No cenário nacional, os niobatos lamelares são materiais interessantes para atuarem como fotocatalisadores, uma vez que o Brasil detém 98% das reservas de nióbio no mundo. Dentro deste contexto, o presente trabalho apresenta as possibilidades do K4Nb6O17 como fotocatalisador tanto na forma em pó como imobilizado em filmes finos. O K4Nb6O17 foi preparado a partir da reação em estado sólido do Nb2O5 com K3CO2 e esfoliado em solução de hidróxido de tetrabutilamônio. O niobato esfoliado foi então modificado com platina, comparando-se dois diferentes precursores H2PtCl6 e [Pt(NH3)4]Cl2, e também combinado à nanopartículas de ouro. As amostras foram caracterizadas por diferentes técnicas e o desempenho fotocatalítico avaliado tanto para fotodegradação de azul de metileno e metanol como para a produção de H2. Na fotodegradação do corante, o niobato esfoliado sem qualquer co-catalisador apresentou a maior eficiência fotônica (ξ = 2,1%). Em contraste, para a fotodegradação de metanol e para a produção fotocatalítica de H2, as amostras modificadas apresentaram maior desempenho fotocatalítico em relação ao niobato esfoliado. Na produção de H2, foram obtidas eficiências fotônicas próximas a 0,2% para as amostras contendo tanto Pt como Au. Já na fotodegradação de metanol, as amostras de niobato e Pt resultaram em eficiências próximas a 4,0% e a modificada com ouro, 7,0%. A fabricação de filmes pode melhorar a aplicação dos fotocatalisadores por facilitar sua recuperação, prevenir perdas e diminuir a aglomeração de material. Os filmes de niobato e niobato com Pt foram montados utilizando a técnica Layer-by-Layer (LbL) devido sua facilidade e versatilidade. Os filmes foram caracterizados quanto às suas propriedades morfológicas, fotocatalíticas e fotoeletroquímicas. Na fotodegradação de azul de metileno, ambos os filmes resultaram em eficiências fotônicas semelhantes (ξ = 0,1%). Em contrapartida, para a produção fotocatalítica de H2, a presença da Pt nos filmes resultou em uma eficiência duas vezes maior (ξ = 1,2%) em relação ao filme de niobato (ξ = 0,6%). O aumento do número de bicamadas ocasionou o aumentou linear da velocidade de produção de H2, indicando que a imobilização do material não ocasionou a perda de sítios ativos. / As the technological development and population growth continuously increases, energy consumption is becoming higher over the years. In this aspect, photocatalysis attracts great interest due to its potential to harvest and convert solar energy. In a national scenario, layered niobates are interesting materials to act as photocatalysts, since Brazil accounts for 98% of the world’s niobium reserves. In this work application of K4Nb6O17 as a photocatalyst both, in powder form and immobilized as thin films, was investigated. K4Nb6O17 was prepared by the solid state reaction between Nb2O5 and K2CO3 and then it was exfoliated in tetrabutylammonium hydroxide solution. The exfoliated niobate was modified with platinum using two different precursors, H2PtCl6 and [Pt(NH3)4]Cl2, and it was also combined with gold nanoparticles. The samples were characterized by different techniques and the photocatalytic performance was evaluated for methylene blue and methanol oxidation and for H2 production. In the dye photodegradation, the unmodified exfoliated niobate exhibited the highest photonic efficieny (ξ = 2.1%). In contrast, for the methanol photodegradation and H2 evolution, the modified samples presented higher photocatalytic performance than the exfoliated niobate. For H2 evolution, photonic efficiencies close to 0.2% were obtained for samples modified by Pt and Au. For methanol photodegradation, the Pt-niobate composites exhibited photonic efficiencies close to 4.0% and the Au-niobate 7.0%. The assembly of thin films can favor the application as photocatalysts due to ease of recovering, smaller losses and reduced material agglomeration. The bare niobate and the Pt-niobate films were assembled by the Layer-by-Layer (LbL) technique because of its easiness and versatility. The films were characterized towards their morphology, photocatalytic and photoelectrochemical properties. For methylene blue photodegradation, both films resulted in similar photonic efficiencies (ξ = 0.1%). In contrast, for the H2 photocatalytic production, the presence of Pt in the films resulted in a photonic efficiency twice higher (ξ = 1.2%) than the bare niobate film (ξ = 0.6%). The increase in the bilayers number caused a linear increase of the H2 evolution rate, indicating that the material immobilization did not lead to the active sites losses. / Dissertação (Mestrado)

A possibilidade produzir hidrogênio (H2) a partir da quebra da molécula da água, usando a radiação solar, foi descoberta ha mais de 40 anos e nas ultimas décadas tem recebido grande atenção científica. A síntese de semicondutores nanoestruturados representam um avanço no uso como fotocatalisadores para a produção de H2 a partir da quebra da molécula da água, devido a alta área superficial. Dos semicondutores nanoestruturados desenvolvidos, o TiO2 apresenta grande interesse por se tratar de um material abundante, barato e altamente estável quimicamente. Por outro lado, o TiO2 apresenta uma atividade fotocatalítica limitada devido ao seu alto band gap (~3,2 eV), relativamente alto, e a rápida recombinação do par elétron-buraco gerado pela radiação UV. Neste sentido, a adição de nanopartículas (NPs) de Au ao TiO2 aparece como uma solução viável para aumentar a eficiência do semicondutor na reação de water splitting (WS). Os mecanismos envolvidos no aumento de eficiência na produção de H2 devido as inserção de NPs de Au ainda não estão totalmente entendidos. Atualmente existem dois modelos que descrevem o fenômeno: i) o Au atua como um "reservatório" para os fotoelétrons promovidos pelo processo de transferência de carga do semicondutor quando excitados com radiação UV, fazendo com que as reações de fotocatalíticas de geração de H2 ocorram na superfície das NPs de Au e ii) as NPs de Au apresentam ressonância de plasmon de superfície “injetando” elétrons na banda de condução (BC) do TiO2, assim aumentando a quantidade de elétrons disponíveis para formação do H2, fazendo com que a reação de produção de H2 ocorra na superfície do semicondutor. Neste trabalho são apresentados resultados inéditos da produção e caracterização nanotubos de TiO2 (NTs de TiO2) modificados com Au e utilizados como fotocatalisadores para a produção de H2 a partir do processo de WS. A discussão está centrada na modificação das propriedades do TiO2 através da adição de NPs de Au na estrutura e na superfície, através de dois métodos: i) implantação iônica e ii) sputtering. Os resultados relacionam a atividade fotocatalítica na produção de H2. dos fotocatalisadores em função da posição das NPs de Au. / The possibility to produce hydrogen (H2) from the water splitting using solar radiation, was discovered for more than 40 years and in recent decades has received great scientific attention. The synthesis of nanostructured semiconductor represent an advancement in use as photocatalysts for the production of H2 from the splitting of the water, due to high surface area. Developed nanostructured semiconductors, TiO2 has a great interest in the case of a material abundant, inexpensive and high chemical stability. On the other hand, has a low efficiency TiO2photocatalyst for the H2 production due to its high band gap (~ 3.2 eV) and the rapid recombinant electron-hole pair generated by UV radiation. In this sense, the addition of Au nanoparticles (NPs) to TiO2 appears as a viable solution to increase the efficiency of reaction in the semiconductor water splitting (WS). The mechanisms involved in increased efficiency in H2 because the insertion of Au NPs are not yet fully understood. Currently, there are two models that describe the phenomenon: i) the Au acts as a "reservoir" for the photoemission process promoted by the charge transfer of the semiconductor when excited with UV radiation, causing the reactions of photocatalytic H2generation occur in NPs Au surface and ii) Au NPs surface plasmon resonance "pumping" electrons in the TiO2conduction band (CB), thus increasing the amount of electrons available for the formation of H2, making the reaction H2 production occurs in the semiconductor surface. This work presents the results of the production and characterization of TiO2 nanotubes (TiO2TNs) Au-modified and used as photocatalysts for the H2 production by WS. The discussion is focused on modifying the properties of NTs by the addition of Au NPs in the TiO2 structure or surface by means of two methods: i) ion implantation and ii) sputtering, and comparing its photocatalytic activity influences the position of the NPs in the Au H2 production.

Este trabalho teve como objetivo obter nanocompósitos de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPMs) com TiO2, e caracterizá-los quanto a sua estrutura, características ópticas e atividade fotocatalítica. Os nanocompósitos foram obtidos a partir de NTCPMs comerciais (Baytubes®), e dois diferentes TiO2: um comercial (P25) e um obtido na síntese de TiO2 tendo tetra propóxido de titânio (TTP) como precursor. Foram utilizados dois diferentes sistemas líquidos para a obtenção dos nanocompósitos NTCPM-TiO2: um, em pH ácido e outro, em pH alcalino. Os nanocompósitos obtidos a partir do TTP foram posteriormente tratados termicamente a 400 °C, 500 °C, 600 °C e 700 °C para formação de fases cristalinas de TiO2. Os nanocompósitos foram investigados quanto a sua atividade fotocatalítica, empregando-os como catalisadores na degradação do corante orgânico alaranjado de metila, em solução aquosa, sob radiação ultravioleta. Os resultados foram associados a características da estrutura dos nanocompósitos, utilizando técnicas como difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia Raman e espectroscopia por infravermelho e área superficial específica. A caracterização óptica foi obtida por espectroscopia fotoluminescente e espectroscopia por refletância difusa. A análise térmica foi empregada para quantificar a presença de NTCPMs no nanocompósito empregado como catalisador. O desempenho fotocatalítico dos nanocompósitos foi correlacionado com o efeito do pH dos sistemas líquidos empregados na sua obtenção, natureza da interação (química e/ou física) entre nanotubo de carbono e TiO2, fases presentes no TiO2, energia do gap óptico e presença de defeitos estruturais no TiO2. A maior eficiência na fotocatálise foi observada nos nanocompósitos NTCPMs-TiO2 obtidos a partir do TiO2 comercial, e nos obtidos a partir do precursor TTP tratado termicamente a 500 °C, ambos em meio ácido. Estes resultados puderam ser associados às menores energias de transição e nível de defeitos no TiO2 nesses nanocompósitos, quando comparados aos demais. / This study aimed to obtain nanocomposites from multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with TiO2, and characterize them according to their structure, optical properties and photocatalytic activity. The nanocomposites were obtained from commercial MWCNTs (Baytubes®) and two different types of TiO2: a commercial one (P25) and one obtained by synthesizing TiO2 with titanium tetra propoxide (TTP) as a precursor. Two different fluid systems were used for obtaining the MWCNT-TiO2 nanocomposites: one with acid pH and the other with alkaline pH. The nanocomposites obtained from TTP were subsequently heat treated at 400 °C, 500 °C, 600 °C and 700 °C to form crystalline phases of TiO2. The nanocomposites were investigated for their photocatalytic activity, employing them as catalysts in the degradation of organic methyl orange dye in an aqueous solution under ultraviolet radiation. The results were associated with the characteristics of the nanocomposites’ structure, using techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and specific surface area. Optical characterization was obtained by photoluminescence spectroscopy and diffuse reflectance spectroscopy. Thermal analysis was used to quantify the presence of MWCNTs in the nanocomposite employed as catalyst. The photocatalytic performance of the nanocomposites were correlated with the effect of the pH of the liquid systems employed for obtaining them, the nature of the interaction (chemical and/or physical) between the carbon nanotube and TiO2, the phases present in the TiO2, the optical energy gap and the presence of structural defects in TiO2. The highest photocatalytic efficiency was observed in the MWCNT-TiO2 nanocomposites obtained from commercial TiO2, and in those obtained from the TTP precursor heat treated at 500 °C, both in an acid medium. These results could be associated with the lower transition energy and level of defects in the TiO2 of these nanocomposites when compared to the other samples.