Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-11-17T17:13:09Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1125978 bytes, checksum: 943ab1e68d5c423db641e29cac7f50e2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-17T17:13:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1125978 bytes, checksum: 943ab1e68d5c423db641e29cac7f50e2 (MD5) Previous issue date: 2016-08-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O compósito calcinado Fe-TiO 2 -Ag foi preparado e utilizado na fotorredução de Cr(VI) de soluções aquosas e de efluentes de galvanoplastia. Os catalisadores foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raio-X (DRX), espectroscopia de infravermelho (IV), espectroscopia Raman, espectroscopia de reflectância difusa (ERD) e espectroscopia de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). A atividade fotocatalítica foi verificada em soluções de Cr(VI) (30 mg L -1 ), onde foram obtidos aproximadamente 100% de redução, em 120 minutos, quando submetida a radiação artificial (λ > 300 nm), e 85% de remoção, em 270 minutos, na presença de radiação solar em um dia de inverno. Não foram observadas diferenças significativas quando o catalisador foi utilizado em um efluente real de galvanoplastia, indicando que a fotorredução de Cr(VI) não é afetada por possíveis interferentes deste efluente. A impregnação da prata culminou em uma melhoria na atividade do fotocatalisador, que passou a absorver radiação visível. A introdução do óxido de ferro tornou o catalisador completamente magnético, facilitando sua retirada da solução ao término do processo pela aplicação de um simples campo magnético. As condições experimentais foram investigadas para a otimização da proporção mássica de prata (15%), de óxido de ferro (10%), pH (2), dosagem do catalisador (1 g L -1 ) e o efeito da calcinação, que provocou um aumento na área superficial do catalisador, melhorando sua atividade. Verificou-se ainda que a cinética de fotorredução do Cr(VI) segue um modelo de pseudoprimeira ordem e que a quantidade máxima de Cr(III) adsorvida é de aproximadamente 72 mg g -1 . A boa estabilidade apresentada pelo compósito Fe-TiO 2 -Ag calcinado, permitindo sua reutilização por até 5 ciclos com pequena perda na atividade, somada ao fato de ser magnético, não sofrer interferências de outros metais e poder ser usado sob radiação solar torna possível a aplicabilidade prática deste fotocatalisador na indústria. / Fe-TiO 2 -Ag calcined composite was prepared and used for photo- reduction of Cr(VI) from aqueous solution and electroplating wastewater. The catalysts were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), Raman spectroscopy, UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS) and inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS). The photocatalytic activity was investigated for Cr(VI) (30 mg L -1 ) solutions, in which it was obtained almost 100% of reduction, in 120 minutes, under artificial irradiation (λ > 300 nm), and 85% removal, after 270 minutes, under solar irradiation in a winter’s day. There were no significant differences when the catalyst was used for an industrial electroplating wastewater, indicating that the photo-reduction of Cr(VI) is not affected by possible interference in this industrial effluent. Silver doping improves the photocatalytic activity, inducting visible light radiation absorption. The introduction of iron oxide turned the catalyst completely magnetic, facilitating its removal from solution, after the end of the procedure, with a simple application of a magnetic field. The experimental conditions have been investigated for the optimization of mass proportion of loading silver (15%) and iron oxide (10%), pH (2), catalyst dosage (1 g L -1 ) and the effect of calcination, which results in an increase in the catalyst’s surface area, improving its activity. It was also verified that the Cr(VI) photo-reduction obeys to a pseudo first order kinetic and the maximum adsorption capability for Cr(III) was about 72 mg g -1 . The good stability showed by the calcined composite Fe-TiO 2 -Ag, allowing its reutilization for 5 cycles with small loss in activity, added to the fact of being magnetic, not affected by other metal interfering and with the possibility of be used under solar irradiation, support the practical industrial applicability of this photo-catalyst.

SALGADO, Bruno César Barroso. Síntese de esferas porosas híbridas de sílica e titânia para reações fotocatalíticas por via oxidativa e redutora. 2016. 128 f. Tese (Doutorado em Química)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Aline Mendes (alinemendes.ufc@gmail.com) on 2017-01-13T20:01:36Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_bcbsalgado.pdf: 3702848 bytes, checksum: bcbdad687c9696792ecf6fae68a4b420 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-01-19T13:16:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_bcbsalgado.pdf: 3702848 bytes, checksum: bcbdad687c9696792ecf6fae68a4b420 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-19T13:16:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_bcbsalgado.pdf: 3702848 bytes, checksum: bcbdad687c9696792ecf6fae68a4b420 (MD5) Previous issue date: 2016 / The development of heterogeneous photocatalysis as an alternative method for degradation of organic contaminants, or as a technique for the synthesis of organic derivatives by most viable methodology of operational and environmental point of view has attracted the attention of the scientific community of this field of study. The synthesis of hybrid porous spheres composed of silica covered with titania (SiO2@TiO2) meets the demand and production of a material having photocatalytic activity and ease of separation and recovery for future applications, making it more attractive as its applicability. In this context, SiO2@TiO2 spheres were synthesized from the chitosan biopolymer, which served as template. The prepared material was characterized as to their textural (surface area, volume, and pore size) and spectroscopic (FTIR and DRS) properties, crystalline phase (XRD), surface charge (PZC) and morphology (SEM). The spheres showed characteristic predominantly meso and macroporous, with no defined crystalline phase and homogeneous distribution of Ti on SiO2. The inclusion of Ti in the silica network was confirmed by infrared characteristic profiles, being the anatase phase indicated in the diffuse reflectance. An interaction of the chemical type with a significant effect of medium pH on the adsorption of methylene blue on the spheres was observed, which confirmed the photocatalytic activity of the material from the dye degradation in the presence of irradiation demonstrating the influence of the initial concentration the organic substrate in the reaction rate. The photocatalytic activity of SiO2@TiO2 spheres was confirmed by conversion reactions of organic compounds, promoting the hydroxylation of benzene to phenol and its derivatives (hydroquinone and benzoquinone), oxidation of benzyl alcohol to benzaldehyde and selective reduction of nitrobenzene to aniline. The feasibility of the spheres was confirmed by tests of reuse of the material in the photocatalytic degradation reactions of methylene blue and selective reduction of nitrobenzene to aniline, evidencing to maintain the photocatalytic efficiency. / O desenvolvimento da fotocatálise heterogênea como método alternativo para degradação de contaminantes orgânicos, ou ainda como técnica para síntese de derivados orgânicos por metodologia mais viável do ponto de vista operacional e ambiental tem despertado a atenção da comunidade científica deste campo de estudo. A síntese de esferas porosas híbridas compostas por sílica cobertas por titânia (SiO2@TiO2) vem de encontro à demanda quanto a produção de um material que possua atividade fotocatalítica e que seja de fácil separação e recuperação para aplicações futuras, tornando-o mais atrativo quanto a sua aplicabilidade. Neste contexto, as esferas SiO2@TiO2 foram sintetizadas a partir do biopolímero quitosana, o qual atuou como agente direcionador de estrutura. O material preparado foi caracterizado quanto às suas propriedades texturais (área superficial, volume e tamanho de poro) e espectroscópicas (FTIR e DRS), fase cristalina (DRX), carga superficial (PCZ) e morfologia (MEV). As esferas apresentaram característica predominantemente meso e macroporosa, com ausência de fase cristalina definida, porém com distribuição homogênea de Ti sobre SiO2. A inserção de Ti na rede de sílica foi confirmada pelos perfis característicos no infravermelho, sendo a anatase a fase indicada na reflectância difusa. Uma interação do tipo química com relevante efeito do pH foi observada na adsorção do azul de metileno sobre as esferas, sendo confirmada a atividade fotocatalítica do material a partir da degradação do corante em presença de irradiação, evidenciando-se a influência da concentração inicial do substrato orgânico na taxa reacional. A atividade fotocatalítica das esferas SiO2@TiO2 foi comprovada por reações de conversão de compostos orgânicos, promovendo a hidroxilação do benzeno a fenol e seus derivados (hidroquinona e benzoquinona), a oxidação do álcool benzílico a benzaldeído e a redução seletiva do nitrobenzeno a anilina. A viabilidade das esferas foi confirmada pelos testes de reuso do material nas reações de degradação fotocatalítica do azul de metileno e na redução seletiva do nitrobenzeno a anilina, constatando-se manutenção da eficiência fotocatalítica.

Neste trabalho, objetivou-se a síntese de zeólitas, pelo processo hidrotérmico em meio alcalino, utilizando como fonte alternativa de silício as cinzas volantes de carvão e a caracterização dos produtos obtidos. As variáveis estudadas foram a concentração de NaOH no meio reacional (0,23 ou 3,5 mol/L), o tempo de reação (1, 3 ou 6 dias) e a razão Si/Al no gel de síntese (1, 2, 3 ou 4). As cinzas de carvão, antes de serem utilizadas no processo, passaram por um processo de secagem em estufa a 110°C por 24 horas. Para a caracterização das cinzas foram realizados ensaios de difração e fluorescência de raios X, análise termogravimétrica e avaliação da distribuição granulométrica. As cinzas apresentaram como principais componentes SiO2 (68,43%), Al2O3 (14,77%) e Fe2O3 (7,91%), sendo 90% de suas partículas com diâmetro inferior a 119 m. A caracterização microestrutural das zeólitas obtidas foi feita por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), da área superficial específica utilizando o método Brunauer-Emmet-Teller (BET) e difração de raio X (DRX). Tendo como base a caracterização das amostras, pode-se destacar que foram sintetizadas zeólitas com fase majoritária sodalita, além de quartzo e mulita como subprodutos. A microestrutura dos pós apresentou-se aglomerada com área superficial em torno de 10 m²/g. As zeólitas obtidas foram também avaliadas quanto à sua atividade fotocatalítica, degradando até 86% do corante utilizado em 60 minutos. / This study aimed to synthesized zeolites by hydrothermal process in alkaline medium, using coal fly ashes as an alternative source of silicon, and characterized their properties. The variables studied were the concentration of NaOH in the reaction medium (0.23 or 3.5 mol/L), reaction time (1, 3 or 6 days) and the Si/Al ratio in the synthesis gel (1, 2, 3 or 4). The coal ash was dried in an oven at 110°C for 24 hours before being used in the process. For the characterization of the ash analysis such as X-ray diffraction and fluorescence, thermosgravimetry and particle size distribution were performed. The ash presented as main components SiO2 (68.43%), Al2O3 (14.77%), Fe2O3 (7.91%), with 90% of its particles with diameter smaller than 119 μm. The microstructural characterization of the obtained zeolites was made by scanning and transmission electron microscopy, the specific surface area was calculated using the Brunauer-Emmet-Teller method (BET) and X-ray diffraction was used to characterize the constituent phases. The characterization of the samples showed that it were synthesized the zeolite type sodalite, and the presence of quartz and mullite was identified as by-products. The microstructure of the powders showed clusters with specific surface area of about 10 m²/g. The obtained zeolites were also evaluated considering their photocatalytic activity, degrading up to 86% of the dye used in 60 minutes.

SILVA, Raquel Abreu da. Efeito da adição de paládio sobre as propriedades fotocatalíticas do óxido de titânio suportado em óxido de alumínio. 2015. 58 f. Dissertação (mestrado em química)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2015. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-04-05T18:22:15Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_rasilva.pdf: 1339747 bytes, checksum: 4e902972239eca690a725ca7d5982be6 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-05-23T17:24:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_rasilva.pdf: 1339747 bytes, checksum: 4e902972239eca690a725ca7d5982be6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-23T17:24:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_rasilva.pdf: 1339747 bytes, checksum: 4e902972239eca690a725ca7d5982be6 (MD5) Previous issue date: 2015 / In order to apply the photocatalytic decomposition of chemical substrates, the method of replication and impregnation were used in the production of TiO 2 catalysts supported on alumina modified with palladium. The samples were characterized by different techniques: Thermogravimetric analysis (TGA), X - Ray Fluorescence (XRF), X - ray diffraction (XRD), N2 adso rption/desorption isotherms , temperature programmed reduction (TPR) and scanning electron microscopy (SEM). The XRF did not detect significant mpurities from synthesis sponge and confirmed the insertion of Ti in the sample with the formation of phases Υ Al2O3, TiO2(anatase), revealed by XRD. The N2 adsorption /desorption isotherms show that mesoporous materials have high surface area and narrow distribution of the average pore diameter. The TPR profile indicates an H2 consumption between 50 and 90 ° C, corresponding to the reduction of palladium oxide. Considering the amplification used, the SEM suggests the esfoleada morphology, with high contact area with the dye molecule. The photocatalytic tests show that the addition of palladium did not result in improved photocatalytic performance, but resulted in greater stability in the photocatalytic activity. / Visando a aplicação fotocatalítica na decomposição de substratos químicos, o método de réplica e impregnação foram utilizados na produção de catalisadores de TiO2 suportados em óxido de alumínio modificados com paládio. As amostras foram caracterizadas por diferentes técnicas: Análise termogravimétrica (TG), Fluorescência de Raios-X (FRX), difração de Raios-X (DRX), isotermas de adsorção/dessorção de N2, redução à temperatura programada (TPR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A FRX mostrou a presença de cálcio em todas as amostras, impureza proveniente da esponja de síntese, porém em teores abaixo de 0,5 % em massa. Através de DRX confirmou-se a formação de TiO2 na fase anatase e de gama alumina As isotermas de adsorção de N2 mostram que os materiais são mesoporosos com área superficial elevada e estreita distribuição do diâmetro médio de poros. O perfil de TPR indica um consumo de H2 entre 50 e 90°C, correspondendo à redução do óxido de paládio. Considerando a amplificação empregada, o MEV sugere a morfologia esfoleada, a qual pode apresentar elevada área de contato com a molécula do corante. Os ensaios fotocatalíticos mostram que a adição de paládio ocasionou em melhor desempenho fotocatalítico e resultou em superior estabilidade frente às reações. Palavras chave: Fotocatálise, Paládio, Dióxido de Titânio.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:12:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346011.pdf: 1981323 bytes, checksum: 21b6bc321f91212447b5e86259485e50 (MD5) Previous issue date: 2016 / Vidros autolimpantes são vidros especiais recobertos com uma fina camada de dióxido de titânio, que atua como fotocatalisador e modifica a afinidade com a água. O TiO2 absorve radiação no comprimento de onda da região UV, produzindo a separação de cargas (e-/h+), que permite que uma série de reações redox ocorram em sua superfície, tais como a destruição de poluentes atmosféricos ou dissolvidos na água, a inativação de microrganismos, etc. Os vidros autolimpantes disponíveis atualmente no mercado têm um efeito fotocatalítico pequeno, uma vez que somente radiação com comprimento de onda na região do UV é absorvida pelo TiO2 para ativá-lo. Por conseguinte, pesquisas estão sendo voltadas em aumentar a sensibilidade do catalisador para o espectro visível. Dentre as diferentes estratégias propostas para este fim, a dopagem do TiO2 com terras raras poderia estender a absorção de luz para a região do visível. No presente trabalho, ítrio (Y) e érbio (Er) foram dopados em dióxido de titânio em diferentes proporções e aplicados na forma de filmes finos na superfície de vidro, utilizando a metodologia dip-coating. Os fotocatalisadores foram caracterizados na forma de pó pela determinação da estabilidade térmica e cristalinidade. A atividade fotocatalítica foi verificada pela degradação do corante azul de metileno durante a exposição à radiação ultravioleta e à radiação visível, bem como na degradação de um filme de ácido oleico depositado no vidro. As características hidrofílicas foram avaliadas pela determinação do ângulo de contato superfície/água, e a atividade bactericida foi avaliada pela morte de bactérias ácido láticas. Os resultados mostraram que todos os catalisadores, dopados ou não com ítrio ou érbio, apresentam a anatase como a única fase cristalina após a calcinação em temperaturas acima de 450oC, e são termicamente estáveis a temperaturas superiores a 600oC. Todos os vidros recobertos com filmes finos de fotocatalisadores mostraram-se ativos sob luz UV e visível, e superhidrofílicos. A amostra com 0,25% de Y foi o fotocatalisador mais ativo sob luz UV na degradação do azul de metileno, seguido do catalisador dopado com 1 % de Er. Ambas as amostras exibiram atividade fotocatalítica sob luz visível na degradação do corante azul de metileno. A degradação de uma fina camada de ácido oleico depositada sobre os vidros tratados resultou na mesma ordem de atividade daquela encontrada na degradação do azul de metileno.<br> / Abstract : Self-cleaning glasses are special glasses coated with a thin layer of titanium dioxide, which acts as a photocatalyst and water affinity modification agent. Titanium dioxide absorbs radiation at UV region wavelength, producing separation of charges (e- / h +), which allows a series of redox reactions to occur on its surface, such as the destruction of pollutants in atmosphere or dissolved in water, the inactivation of microorganisms, etc. These special glasses are already in commercial scale, but the photocatalytic effect is still small, since only wavelength in UV region is absorbed by titanium dioxide (TiO2) to activate it. Therefore, research is focused on increasing the sensitivity of the catalyst to the visible spectrum. High expectation has being generated by some researchers with the doping of TiO2 with rare earth, compounds that, doped with TiO2, could extend light absorption to visible region. In the present work, two rare earth elements, yttrium (Y) and erbium (Er), were doped in titanium dioxide in different proportions. The catalysts were produced by sol-gel synthesis route and deposited on glass surface by dip-coating method. The photocatalysts were characterized by determination of thermal stability and crystallinity. The photocatalytic activity was verified by degradation of the methylene blue dye during exposure to ultraviolet and visible radiation, as well as the degradation of a film of oleic acid deposited on the glass. The hydrophilic characteristics were evaluated by the determination of surface/water contact angle, and the bactericidal activity was evaluated in the death of lactic acid bacteria. The results showed that all catalysts, doped or not with yttrium or erbium, exhibit anatase as the only crystalline phase after calcination at temperatures above 450° C and remain thermally stable even at temperatures above 600 °C. All glasses coated with photocatalyst thin films were active in ultraviolet and visible light and superhydrophilic. The sample 0.25% Y was the best photocatalyst obtained from ultraviolet exposure among doped glasses for methylene blue degradation, followed by the 1%Er doped catalyst. Both samples exhibited remarkable performance under visible light in degradation of metilene blue dye. Degradation of acid oleic thin layer deposited on treated glass resulted in same order of activity as that found in the degradation of methylene blue.

Neste trabalho foi proposto uma nova rota para a síntese de materiais híbridos à base zinco a partir de líquidos iônicos. Os materiais obtidos foram nanoestruturas de ZnO e o mineral simonkolleita (Zn5(OH)8Cl2.H2O) microestruturado, os quais podem ser preparados pela hidrólise de adutos iônicos do tipo RMI.ZnCl3 (RMI = alquilimidazólio) a partir da adição de uma solução de NaOH. Foi constatado que a obtenção de ZnO ou de simonkolleita dependeu unicamente da concentração de NaOH utilizada. Obtiveram-se diferentes morfologias de ZnO (desde nanoestruturas irregulares até nanobastões) e tamanhos de partícula (45-120 nm) apenas mudando a relação entre líquido iônico e material precursor de zinco. Conforme esta relação era maior, obtiveram-se nanobastões mais definidos e de maior comprimento. O mineral simonkolleita microestruturado foi obtido em morfologia hexagonal. Os materiais foram caracterizados por UV-Vis, IV, DRX, MEV, MET, TGA e BET, onde foi possível saber que todos os materiais obtidos pela rota sintética proposta eram cristalinos, de morfologia definida, que havia líquido iônico remanescente após isolamento, que eram semicondutores (3,25 eV para ZnO e 5,94 eV para simonkolleita) e possuem baixa área superficial (3-12 m²/g) Utilizou-se estes semicondutores como fotocatalisadores para as reações de water splitting e acoplamento oxidativo de metano. As reações de acoplamento de metano foram estudadas na presença de diferentes proporções de metano e oxigênio, e ficou evidenciado que nas reações efetuadas com traços de oxigênio, o produto majoritário foi CO2 e quando as proporções CH4:O2 eram conhecidas o produto majoritário foi C2H6. Os resultados mostram que na presença de ZnO obteve-se a produção de até 1417 μmolH2.g-1.h-1 para a reação de water splitting e de até 67 μmolCO2.g-1.h-1, 43 μmolCO.g-1.h-1 e 787 μmolC2H6.g-1.h-1 para as reações de acoplamento de metano, enquanto que para o mineral simonkolleita obteve-se até 972 μmolH2.g-1.h-1 para a reação de water splitting e de até 13 μmolCO2.g-1.h-1 para a reação de acoplamento de metano. Estes resultados mostram a grande eficiência destes materiais para as reações que foram investigadas, o que evidencia a eficácia da rota proposta para a produção de semicondutores eficientes para reações fotocatalíticas. / In this work, a new route was proposed of hybrid Zn-based materials from ionic liquids. The obtained materials were nanostructured ZnO and the microstructured mineral simonkolleite (Zn5(OH)8Cl2.H2O), which can be prepared from the hydrolysis of ionic aducts of the type RMI.ZnCl3 (RMI = alkylimidazolium) from the addition of a solution of NaOH. It was found that obtained ZnO or simonkolleite depended solely on the NaOH concentration used. Different ZnO morphologies (from irregular nanosctructures to nanorods) and particles sizes (45-120 nm) were obtained by only changing the ratio of ionic liquid to zinc precursor material. As this ratio was higher, more defined and longer nanorods were obtained. The microstructured simonkolleite mineral in hexagonal morphology. The materials were characterized by UV-Vis, IR, XRD, SEM, TEM, TGA and BET, where it was possible to know that all materials obtained by the proposed synthetic route were crystalline, of defined morphology, that had ionic liquid remaining after isolation, were semiconductors (3. 25 eV for ZnO and 5.94 eV for simonkolleite) and had a low surface area (3-12 m²/g) These semiconductors were used as photocatalysts for the water splitting and methane coupling reactions. The methane coupling reactions were studied in the presence of different proportions of methane and oxygen, and it was evidenced that in reactions carried out with traces of oxygen, the major product was CO2 and when the CH4:O2 ratio were know the major product was C2H6. The results show that in the presence of ZnO, the production of up to 1417 μmolH2.g-1.h-1 for water splitting reaction and up to 67 μmolCO2.g-1.h-1, 43 μmolCO.g-1.h-1 and 787 μmolC2H6.g-1.h-1 for methane coupling reactions, while for mineral simonkolleite the production of up to 972 μmolH2.g-1.h-1 for water splitting reaction and 13 μmolCO2.g-1.h-1 for methane coupling reactions. These results show the high efficiency of these materials for the reactions that were investigated, which evidences the effectiveness of the proposed route for the production of efficient semiconductors for photocatalytic reactions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-03-21T04:14:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344686.pdf: 2815679 bytes, checksum: c8445064e3828faa8b3f812bca6b975b (MD5) Previous issue date: 2016 / O estudo de técnicas eficazes e economicamente viáveis para degradação de compostos orgânicos voláteis (COV) presentes no ar é importante devido aos inúmeros problemas à saúde humana associados à inalação desses poluentes atmosféricos. Este trabalho visou o estudo de aplicação de uma tinta acrílica com propriedades fotocatalíticas para degradar o tolueno, um poluente orgânico frequentemente encontrado na atmosfera. Tintas com propriedades fotocatalíticas foram obtidas pela adição de TiO2 sob a forma anatase, nas proporções de 0, 10, 15, 20 e 50% em massa (base seca) usando como base tinta acrílica comercialmente disponível. Os estudos da cinética de degradação do tolueno foram realizados numa unidade experimental sob irradiação UV, avaliando-se os efeitos das condições operacionais na cinética de oxidação fotocatalítica do tolueno e na autodegradação dos compostos orgânicos presentes na formulação das tintas. Os produtos desses dois processos, que ocorrem em paralelo durante a exposição da tinta à radiação UV, foram analisados e parcialmente identificados por GC/MS. Os resultados mostraram que tolueno é convertido fotocataliticamente em compostos oxidados com menor peso molecular, que ficam aderidos à superfície total, ou parcialmente, na superfície recoberta com a tinta. Observou-se também, que a autodegradação dos componentes orgânicos presentes na formulação da tinta é um fenômeno importante, que contribui para o aparecimento de diversos compostos orgânicos parcialmente oxidados, causados pelo efeito fotocatalítico do dióxido de titânio presente em sua formulação.<br> / Abstract : The study of effective and economically viable techniques for degradation of volatile organic compounds (VOC) in the air is important due to a great number of human health problems associated with these pollutants inhalation. This work studied the application of an acrylic paint with photocatalytic property as an alternative to degrade toluene, an organic pollutant often found in the atmosphere. Paints with photocatalytic properties were obtained by adding TiO2 in anatase form in the following proportions: 0, 10, 15, 20 and 50% weight (dry basis) into a commercially available acrylic-based paint. Studies of toluene degradation kinetics were performed using an experimental system under UV irradiation, evaluating the effects of operating conditions on photocatalytic oxidation kinetics of toluene and self-degradation of organic compounds existent in paint formulation. The products of these two processes, which occur at the same time during the paint exposition to UV radiation, were analyzed and partially identified by GC/MS. The results showed that toluene is photocatalitically converted into lower molecular weighted oxidized compounds, and remain adsorbed to the whole or partially surface covered with paint. It was also observed that the self-degradation of the organic components in the paint formulation is an important phenomenon that contributes to the generation of many partially oxidized organic compounds, caused by the photocatalytic effect of the titanium dioxide present on its formulation.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / O dióxido de titânio é um dos fotocatalisadores mais utilizados atualmente. As aplicações vão desde componentes estruturais, com a produção de superfícies “autolimpantes”, até o tratamento de efluentes. A incorporação de TiO2 em tintas é especialmente atrativa devido a versatilidade de aplicações. Tintas inorgânicas possuem como vantagem a estabilidade química da matriz. Além disso, diferente dos tradicionais processos cerâmicos, a consolidação (cura) desses recobrimentos ocorre em temperaturas abaixo de 500°C. Essa condição favorece os processos fotocatalíticos, uma vez que a temperatura não é suficiente para transformar a fase do TiO2 com potencial fotocatalítico, anatásio, em rutilo. Nesse estudo incorporou-se TiO2 em tinta inorgânica de cura fosfática. Utilizou-se o dióxido de titânio comercial Kronos 1001 em três percentuais: 20, 30 e 40% e para cada um desses testaram-se duas diferentes espessuras de camada: 150 e 225 g/m². Reproduziu-se a condição com 20% e 150 g/m² para titânia comercial Degussa P25. As tintas foram aplicadas em revestimentos cerâmicos não esmaltados pelo método de pulverização. A temperatura de cura dos recobrimentos foi de 350°C com tempo de 20 horas. Adquiriu-se um revestimento fotocatalítico comercial para comparação com as propriedades dos recobrimentos produzidos. Todas as superfícies estudadas foram caracterizadas pela atividade fotocatalítica, determinada em meio aquoso, por meio da degradação do corante azul de metileno. As fases cristalinas dos recobrimentos foram determinadas por difração de raios X. As tintas foram caracterizadas por meio do ensaio de resistência ao desgaste, utilizando-se o método pino-sobre-disco. A morfologia e microestrutura das superfícies foram analisadas por microscopias ótica e eletrônica de varredura. A atividade fotocatalítica da tinta com TiO2 Kronos aumenta com o aumento do teor de TiO2. Porém, a resistência ao desgaste é reduzida. Os índices de degradação variaram de 14,9 a 44,0%, independente da espessura da camada. A peça comercial apresentou índice de degradação de 42,5%. Quanto menor o tamanho de partícula maior a eficiência fotocatalítica, porém causa problemas de processamento e diminuição a resistência ao desgaste. As tintas com TiO2 Kronos com percentual de 30 e 40% e camada de 150 g/m² apresentam potencial para aplicações fotocatalíticas.

Resumo

Neste trabalho foi proposto uma nova rota para a síntese de materiais híbridos à base zinco a partir de líquidos iônicos. Os materiais obtidos foram nanoestruturas de ZnO e o mineral simonkolleita (Zn5(OH)8Cl2.H2O) microestruturado, os quais podem ser preparados pela hidrólise de adutos iônicos do tipo RMI.ZnCl3 (RMI = alquilimidazólio) a partir da adição de uma solução de NaOH. Foi constatado que a obtenção de ZnO ou de simonkolleita dependeu unicamente da concentração de NaOH utilizada. Obtiveram-se diferentes morfologias de ZnO (desde nanoestruturas irregulares até nanobastões) e tamanhos de partícula (45-120 nm) apenas mudando a relação entre líquido iônico e material precursor de zinco. Conforme esta relação era maior, obtiveram-se nanobastões mais definidos e de maior comprimento. O mineral simonkolleita microestruturado foi obtido em morfologia hexagonal. Os materiais foram caracterizados por UV-Vis, IV, DRX, MEV, MET, TGA e BET, onde foi possível saber que todos os materiais obtidos pela rota sintética proposta eram cristalinos, de morfologia definida, que havia líquido iônico remanescente após isolamento, que eram semicondutores (3,25 eV para ZnO e 5,94 eV para simonkolleita) e possuem baixa área superficial (3-12 m²/g) Utilizou-se estes semicondutores como fotocatalisadores para as reações de water splitting e acoplamento oxidativo de metano. As reações de acoplamento de metano foram estudadas na presença de diferentes proporções de metano e oxigênio, e ficou evidenciado que nas reações efetuadas com traços de oxigênio, o produto majoritário foi CO2 e quando as proporções CH4:O2 eram conhecidas o produto majoritário foi C2H6. Os resultados mostram que na presença de ZnO obteve-se a produção de até 1417 μmolH2.g-1.h-1 para a reação de water splitting e de até 67 μmolCO2.g-1.h-1, 43 μmolCO.g-1.h-1 e 787 μmolC2H6.g-1.h-1 para as reações de acoplamento de metano, enquanto que para o mineral simonkolleita obteve-se até 972 μmolH2.g-1.h-1 para a reação de water splitting e de até 13 μmolCO2.g-1.h-1 para a reação de acoplamento de metano. Estes resultados mostram a grande eficiência destes materiais para as reações que foram investigadas, o que evidencia a eficácia da rota proposta para a produção de semicondutores eficientes para reações fotocatalíticas. / In this work, a new route was proposed of hybrid Zn-based materials from ionic liquids. The obtained materials were nanostructured ZnO and the microstructured mineral simonkolleite (Zn5(OH)8Cl2.H2O), which can be prepared from the hydrolysis of ionic aducts of the type RMI.ZnCl3 (RMI = alkylimidazolium) from the addition of a solution of NaOH. It was found that obtained ZnO or simonkolleite depended solely on the NaOH concentration used. Different ZnO morphologies (from irregular nanosctructures to nanorods) and particles sizes (45-120 nm) were obtained by only changing the ratio of ionic liquid to zinc precursor material. As this ratio was higher, more defined and longer nanorods were obtained. The microstructured simonkolleite mineral in hexagonal morphology. The materials were characterized by UV-Vis, IR, XRD, SEM, TEM, TGA and BET, where it was possible to know that all materials obtained by the proposed synthetic route were crystalline, of defined morphology, that had ionic liquid remaining after isolation, were semiconductors (3. 25 eV for ZnO and 5.94 eV for simonkolleite) and had a low surface area (3-12 m²/g) These semiconductors were used as photocatalysts for the water splitting and methane coupling reactions. The methane coupling reactions were studied in the presence of different proportions of methane and oxygen, and it was evidenced that in reactions carried out with traces of oxygen, the major product was CO2 and when the CH4:O2 ratio were know the major product was C2H6. The results show that in the presence of ZnO, the production of up to 1417 μmolH2.g-1.h-1 for water splitting reaction and up to 67 μmolCO2.g-1.h-1, 43 μmolCO.g-1.h-1 and 787 μmolC2H6.g-1.h-1 for methane coupling reactions, while for mineral simonkolleite the production of up to 972 μmolH2.g-1.h-1 for water splitting reaction and 13 μmolCO2.g-1.h-1 for methane coupling reactions. These results show the high efficiency of these materials for the reactions that were investigated, which evidences the effectiveness of the proposed route for the production of efficient semiconductors for photocatalytic reactions.