Made available in DSpace on 2015-09-25T12:18:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sueli Farias de Souza.pdf: 1643345 bytes, checksum: 7fa4e21726a3ab9658baf84e98919cae (MD5) Previous issue date: 2010-12-17 / The objective of the proposal study was to synthesize, characterize and asses the photocatalytic activity zinc oxide pure and doped with metals of transitions at the bromophenol blue degradation through the heterogeneous photocatalysis process using the light of the sun and the artificial light. The zinc oxides were obtained through the synthesis method by combustion, utilizing the ratio of 0,1% of reagent containing metals of transitions with the objective of providing the formation of synthesized oxides. The results demonstrated that the insertion of the metals to the zinc oxides significantly has contributed to the increase of all obtained parameters at BET technique. Specially, the increase of the area of the doped samples, mainly the samples doped with Mn and Ni, of which the values were A were 65,420 m2 g-1 and 62,315 m2 g-1 respectively. The spectra presented at the Espectroscopic analysis of electronic absorption at UV region- Visible showed the presence of two bands in the samples, with exception of the sample containing Ag in which the variation of peaks evidenced the interaction among the Zn and the metallic dopants. Although the oxide did not present a considerable specific superficial area ZnO/Ag presented a major photocatalytic activity in the blue bromofenol degradation. The results demonstrated that the insertion of metal in zinc oxides, contributed considerably to the degradation of the bromophenol blue compound. / O objetivo do estudo proposto foi de sintetizar, caracterizar e avaliar a atividade fotocatalítica do Óxido de Zinco puro e dopado com metais de transição na degradação do Bromofenol através do processo de fotocatálise heterogênea utilizando luz solar e artificial. Os óxidos de zinco foram obtidos através do método de síntese por combustão, utilizando a proporção de 0,1% dos reagentes contendo metais de transição com a finalidade de promover a formação dos óxidos sintetizados. Os resultados demonstraram que a inserção dos metais ao óxido de zinco, contribuíram significativamente para aumento de todos os parâmetros obtidos na técnica de BET. Sobretudo, o aumento da área superficial das amostras dopadas, principalmente, quando dopadas com Mn e Ni cujos valores de A 1 e 62,315 m 2 g -1 S,BET foram de 65,420 m respectivamente. Os espectros apresentados na análise Espectroscopia de absorção eletrônica na região do UV Visível mostraram a presença de duas bandas nas amostras, com exceção da amostra contendo Ag, no qual a variação de picos evidenciou a interação entre o Zn e os dopantes metálicos. Embora não apresentasse uma área superficial específica considerável o óxido ZnO/Ag apresentou a maior atividade fotocatalítica da degradação do azul de bromofenol. Os resultados demonstraram que a inserção dos metais ao óxido de zinco, contribuíram consideravelmente para aumento da atividade fotocatalítica na degradação do composto azul de bromofenol.

Uma questão ambiental preocupante é a contaminação do meio ambiente por substâncias que interagem com os sistemas endócrinos de seres humanos e animais. Tais substâncias são denominadas desreguladores endócrinos e, como outros poluentes ambientais, apresentam uma variedade de fontes e grande potencial agressor à saúde humana. Neste trabalho, buscamos a aplicação de técnicas de espectroscopia vibracional e técnicas eletroquímicas ao estudo de desreguladores endócrinos, em termos de sua detecção, caracterização, estudo de sua reatividade, desenvolvimento de métodos para sua degradação fotoquímica, estudo dos mecanismos envolvidos e características dos produtos de degradação. O enfoque é voltado ao uso de técnicas espectroscópicas, com especial destaque para o desenvolvimento de metodologias de espectroscopia vibracional intensificadas, associadas ou não a sistemas eletroquímicos. Dentre os compostos considerados desreguladores endócrinos, o nosso trabalho é dedicado ao estudo fotoquímico e espectroeletroquímico das seguintes substâncias: o difenilalcano bisfenol A (BPA), os herbicidas triazínicos ametrina e atrazina, e os compostos organoclorados ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) e 2,4-diclorofenol (2,4-DCF). O estudo de processos de fotólise e degradação fotocatalítica mediada por TiO2 foram realizados para o BPA e para a ametrina. Tais processos mostram-se importantes para a remoção destes compostos do meio ambiente. Os estudos fotocatalíticos foram estendidos ainda para o uso de compósitos TiO2-Pr como catalisadores. Foi observado que a dopagem do TiO2 pelo íon terra rara praseodímio resulta em alterações nas propriedades físico-químicas do material semicondutor, sendo um método valioso para o aumento da atividade fotocatalítica do TiO2. Conclui-se ainda pela necessidade do controle da porcentagem de modificação química para a otimização do processo fotocatalítico, sendo a proporção de 1% praseodímio considerada ótima. O estudo de processos de fotólise e degradação fotocatalítica do BPA mediado por TiO2 mostra diferenças significativas entre o processo de degradação e mineralização, relacionadas à formação de intermediários orgânicos recalcitrantes. Para a ametrina observa-se que a fotólise e a fotocatálise envolvem mecanismos de degradação distintos. Estudos espectroeletroquímicos dos desreguladores endócrinos (DEC) foram conduzidos através de espectroscopia Raman intensificada (efeito SERS) visando a compreensão da natureza da interação química entre os adsorbatos e superfícies metálicas nanoestruturadas, bem como a caracterização vibracional dos produtos de processos faradáicos desses compostos sobre eletrodos. Produtos de reações químicas de oxidação e redução dos DEC foram identificados através de modificações espectrais em função de potenciais eletroquímicos anódicos e catódicos. / An environmental issue of concern is contamination of the environment by substances which interact with the endocrine systems of humans and animals. Such substances are called endocrine disruptors (ED) and, like other environmental pollutants, may produce adverse effects in human health. In this work, we explore the application of vibrational spectroscopy and electrochemical techniques in the study of ED, in terms of their detection, characterization, study of their reactivity, development of methods for their photochemical degradation, study of the involved mechanisms and characteristic of degradation products. The approach employs the use of advanced spectroscopic techniques, with special attention for the development of methodology of surface-enhanced vibrational spectroscopy, associated or not with electrochemical systems. Among the compounds thought to cause endocrine disruption, the present study is dedicated to the photochemical and electrochemical study of the following substances: the plasticizer bisphenol A (BPA), the triazinic pesticides ametrine and atrazine, and the organochlorine compounds 2,4-dichlorophenoxyacetic acid and 2,4-dichlorophenol. The study of photolytic and TiO2-mediated photocatalytic degradation was carried out for BPA and ametrine. Such processes are important for the removal of such substances from the environment. The photocatalytic studies were extended to include the use of TiO2-Pr composite as catalysts. The doping of TiO2 by the rare earth ion praseodymium results in changes in the physicochemical properties of semiconducting material, being a valuable method for enhancing the photocatalytic activity of TiO2. Our results showed the need of percentage control of the chemical modification for the optimization of the photocatalytic process, with the 1% praseodymium/titanium ration the optimal composition. The study of photolysis and TiO2-mediated photocatalytic degradation processes of BPA shows significant differences between the degradation and mineralization, suggesting the production of recalcitrant organic compounds. For ametrine, photolysis and photocatalytic degradation processes were found to occur via different mechanisms. Spectroelectrochemical studies of endocrine disruptors (ED) were carried out through surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS effect) aiming at the understanding of the nature of the chemical interaction between these molecules and nanostructured metallic surfaces, and at the vibrational characterization of the products formed by faradaic charge transfer processes. Products of oxidation and reduction chemical reactions were identified through spectral changes observed in the SERS spectra as a function of cathodic and anodic potentials.

Entre os processos oxidativos avançados, a fotocatálise heterogênea tem se destacado na degradação de poluentes recalcitrantes aos tratamentos convencionais. Neste processo, a geração de espécies radicalares ocorre a partir de uma fotoreação catalisada por materiais semicondutores, sendo o dióxido de titânio um dos mais utilizados, principalmente, devido a sua estabilidade química e baixo custo. A estrutura do TiO2 possui grande influência no processo fotocatalítico. Neste trabalho buscou-se preparar, a partir do TiO2 comercial e do TiO2 sintetizado pelo método sol gel, diferentes nanoestruturas do dióxido de titânio e avaliar o desempenho fotocatalítico destes materiais na degradação de fenol. Utilizando o tratamento hidrotérmico em meio fortemente alcalino, foi possível obter materiais nanoestruturados com maior área superficial, de até 308 m2 g-1. O tratamento foi aplicado em três diferentes precursores, com diferentes morfologias inicias. Avaliou-se o efeito de diferentes temperaturas (120 e 200 ºC) e tempos de tratamento (12, 24 e 48 horas), a fim de avaliar a influência das condições de tratamento e da morfologia inicial nos materiais obtidos. As amostras obtidas foram empregadas como catalisadores na degradação do poluente fenol por fotocatalise heterogênea. Em dois dos precursores estudados foram obtidas estruturas nanotubulares quando empregou-se condições mais brandas de tratamento. Em temperaturas mais severas, observou-se a formação de nanobastões. As amostras nanotubulares derivadas do TiO2 comercial anatásio, quando aplicadas na degradação do fenol, permitiram porcentagens de degradação superiores ao do precursor. Quando calcinadas, as amostras apresentaram resultados ainda melhores. O material tratado por 48 horas à 120 ºC possibilitou uma degradação de cerca de 100% do poluente, após 3 horas de irradiação. Utilizando três precursores com morfologias iniciais distintos foram observados resultados diferentes quanto a formação de nanoestruturas e atividade fotocatalítica, sendo o material obtido utilizando o TiO2 comercial anatásio, o que apresentou melhores resultados na degradação do fenol. / Among the advanced oxidation processes, heterogeneous photocatalysis has attracted great attention due the degradation of pollutants recalcitrant to conventional treatments. In this process, the generation of radical species takes place from a photoreaction catalyzed by semiconductor materials. Titanium dioxide is the most used catalyst mainly because of its chemical stability and low cost. The TiO2 structure has great influence on the photocatalytic process. In this study, different nanostructures of titanium dioxide were prepared from commercial TiO2 and TiO2 synthesized by sol gel method. The performance of these materials was evaluated the on the photocatalytic degradation of phenol. Using the hydrothermal treatment in strongly alkaline media, it was possible to obtain nanostructured materials with higher surface area, up to 308 m2 g-1. The treatment was employed in three different precursors with different initial morphology. It was evaluated the effect of different temperatures (120 and 200 °C) and treatment times (12, 24 and 48 hours) to assess the influence of processing conditions and of the initial morphology. The different materials were employed as catalysts in the phenol degradation by heterogeneous photocatalysis. In two precursors studied, nanotubular structures were obtained when it was used milder conditions of treatment. In more severe temperatures, it was observed nanorods formation. Nanotubular samples were obtained from commercial TiO2 anatase. When applied to the degradation of phenol, this material allowed degradation percentages higher than the precursor. When calcined, these samples showed even better results. The material treated for 48 hours at 120 °C allowed a phenol degradation of almost 100% after 3 hours of irradiation. Using three precursors with different initial morphologies it was observed different results regarding the formation of nanostructures and photocatalytic activity. The material obtained from the commercial anatase TiO2 it was the sample which presented the best result in the degradation of phenol

Orientador: Elizabete Jordão / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T06:39:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paschoalino_FlaviaCristinaSertori_D.pdf: 2972694 bytes, checksum: 77c5309ec8bdff08525a02274c840aae (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este estudo apresenta a aplicação de três diferentes sistemas fotocatalíticos: (1) reator vítreo com fonte de radiação UV-C (250 W) operando em modo batelada com recirculação, cujo objetivo foi avaliar o desempenho dos fotocatalisadores TiO2, ZnO, CuO ou Ga2O3 em suspensão na degradação de uma solução de fenol a 100 mg L-1. Os resultados mostraram que quando empregado TiO2 P25 foi possível mineralizar 80% do fenol em solução após 150 min, sendo necessários 300 min para obter o mesmo desempenho com ZnO. Os óxidos CuO e Ga2O3 não apresentaram degradação fotocatalítica significativa; (2) reator solar tipo coletor parabólico composto (CPC) operando em modo contínuo ou batelada, com a finalidade de avaliar uma superfície suportada de TiO2 P25 sobre um óxido misto sol-gel TiO2/SiO2 na degradação de antibióticos (levofloxacina, ciprofloxacina, enrofloxacina, trimetoprim) em concentrações comumente encontradas em amostras ambientais. Os compostos ciprofloxacina e enrofloxacina foram rapidamente degradados por fotólise direta enquanto que a levofloxacina e o trimetoprim apresentaram-se mais recalcitrantes, sendo possível atingir valores de degradação próximos a 80% para a levofloxacina e 40% para o trimetoprim; (3) reator construído em Ti com fonte de radiação UV-C (102 W) operando em modo batelada com recirculação, cujo objetivo foi avaliar o desempenho do fotocatalisador TiO2 P25 em suspensão em conjunto com H2O2 na oxidação de uma solução de glicerol 100 mmol L-1 visando a obtenção de substâncias de alto valor agregado. Utilizou-se de um planejamento fatorial para avaliar a influência da concentração inicial do glicerol, do TiO2 e do H2O2. Alcançaram-se valores de degradação máxima do glicerol ao redor de 50%, sendo que o intermediário de degradação identificado de maior valor agregado foi a 1,3-dihidroxiacetona (DHA) com seletividade máxima de 15% / Abstract: This study presents the application of three different photocatalytic systems: (1) glass made reactor using an UV-C source (250 W) operating in batch mode through recirculation with the purpose to evaluate the performance of the photocatalysts TiO2, ZnO, CuO or Ga2O3 in suspension on the degradation of a phenol 100 mg L-1 aqueous solution. Results shown that when using TiO2 P25 it was possible to mineralize 80% of phenol after 150 min reaction. When using ZnO it was necessary 300 min reaction to achieve the same performance. CuO and Ga2O3 did not present significant efficiency; (2) compound parabolic collector (CPC) solar reactor operating in batch or continuous mode with the purpose of evaluate a TiO2 P25 surface supported onto a TiO2/SiO2 layer on the degradation of antibiotics (levofloxacyn, ciprofloxacyn, enrofloxacyn, trimetoprym) under common concentrations of environmental water samples. Ciprofloxacyn and enrofloxacyn were fastly degraded by direct photolysis process while levofloxacyn and trimetoprym presented more recalcitrant. It was possible to reach 80% degradation for levofloxacyn and 40% for trimetoprym; (3) titanium assembled reactor using an UV-C source (102 W) operating in batch mode under recirculation with the purpose of evaluate TiO2 P25 aqueous suspension in conjunction with H2O2 on the generation of substances with high commercial value. It was used a factorial planning to evaluate the influence of glycerol, TiO2 and H2O2 initial concentration. It was possible to obtain glycerol degradation of 50% and the main intermediate identified was 1,3-dihydroxyacetone (DHA) with a maximum selectivity of 15% / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutora em Engenharia Quimica

Orientador: Cláudia Longo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T05:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_HaroldoGregoriode_D.pdf: 8058595 bytes, checksum: b4141a5719256524b785c37f949ee3d8 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Eletrodos de filmes porosos contendo TiO2 e WO3 foram preparados sobre vidro revestido com SnO2:F (FTO), a partir de suspensões aquosas de TiO2 Degussa P25®, precursores de WO3, polietileno glicol e aquecimento (450°C, 30 min). As amostras de TiO2 e WO3 apresentaram máximo de absorção respectivamente em 390 e 480 nm; valores intermediários foram observados para as misturas. Os filmes de TiO2, ca. 4,5 mm, consistem de partículas esféricas interconectadas (diâmetro 25 nm) resultando em superfície porosa e excelente cobertura do substrato. A presença de H2WO4 na suspensão de TiO2 resultou no filme TiO2/WO3, com morfologia semelhante porém menos poroso. O eletrodo de WO3 apresentou cobertura não uniforme, com partículas na forma de flocos (0,1-1 mm). A deposição de TiO2 sobre o WO3 resultou no eletrodo de WO3-TiO2, de morfologia similar a do TiO2. As propriedades eletroquímicas foram investigadas em solução aquosa de Na2SO4, na ausência de luz e sob irradiação policromática. Os eletrodos apresentaram comportamento de semicondutor tipo n, com fotopotencial negativo e fotocorrente anódica; a presença do WO3 promoveu um aumento na fotocorrente. Os eletrodos foram utilizados para remediação de solução aquosa do corante rodamina 6G (10 mmol L) nas configurações de fotocatálise heterogênea (FH) e FH eletroquimicamente assistida por polarização a 0,7 V (FHE). Sob irradiação, nas 3 h iniciais, observou-se cinética de pseudo-1a ordem para o descoramento da solução; em FH, os eletrodos de WO3, TiO2 e WO3-TiO2 promoveram respectivamente a remoção de 8, 34 e 38 % do corante (constante de velocidade aparente de 0,37x10; 2,3x10 e 2,8x10 min) e, na ausência de fotocatalisador, apenas 4%. Maior eficiência foi observada em FHE; para o WO3-TiO2, p.ex., houve remoção de 44% do corante (3,2x10 min). Os eletrodos também foram utilizados para tratamento de solução aquosa do hormônio 17 a-etinilestradiol (34 mmol L); após 4 h em condições de FH e FHE, a remediação com TiO2 resultou na degradação de 38 e 48 %, enquanto que o eletrodo de TiO2/WO3 promoveu a degradação de 45 e 54 %. Ambos os eletrodos promoveram mineralização semelhante do hormônio, 15 e 19 %, para as condições de FH e FHE; na ausência de fotocatalisador, observou-se degradação de 10 % (4 % de mineralização). A oxidação fotocatalítica dos poluentes com estes eletrodos foi discutida considerando diagramas de energia; na presença de WO3, além de se obter um maior aproveitamento da radiação visível, a posição favorável das bandas de condução e de valência de ambos os semicondutores promove a separação das cargas fotogeradas, o que minimiza sua recombinação e aumenta a eficiência do processo de oxidação dos compostos orgânicos / Abstract: Porous films electrodes containing TiO2 and WO3 were deposited on SnO2:F (FTO) conducting glass from aqueous suspensions with TiO2 Degussa P25®, WO3 precursors and polyethylene glycol, followed by heating (450°C, 30 min). The maximum absorption was respectively observed at 390 and 480 nm for TiO2 and WO3 samples; intermediate values were obtained for the mixtures. The TiO2 films, ca. 4.5 mm, consisted of interconnected spherical particles (25 nm), resulting in a porous surface and excellent substrate coverage. Adding H2WO4 on the TiO2 suspension resulted in the TiO2/WO3 film, with comparable morphology but less porous. The WO3 electrode exhibited a non-uniform surface coverage with disk shaped particles (0.1-1mm). The morphology of the bilayer WO3-TiO2, obtained from the deposition of a TiO2 film on the top of a WO3 electrode, was similar to that observed for TiO2. The electrochemical properties were investigated in Na2SO4 aqueous solution, in the dark and under polychromatic irradiation. The electrodes exhibited an n-type semiconductor behavior, with negative photopotential and anodic photocurrent; higher photocurrent was observed for electrodes containing WO3. The electrodes were used for remediation of Rhodamine 6G dye aqueous solution (10 mmol L) using the configurations for heterogeneous photocatalysis (HP) and electro assisted-HP by polarization at 0.7 V (EHP). Under irradiation, at the initial 3 h, a pseudo first order kinetics was observed for the dye solution bleaching; in HP configuration, the WO3, TiO2 and WO3-TiO2 electrodes promoted respectively 8, 34 and 38 % of dye removal (apparent rate constants of 0.37x10; 2.3x10 and 2.8x10 min) and, without photocatalysts, only 4 %. Higher efficiency was observed under EHP configuration; for WO3-TiO2, 44 % of dye was removed (3.2x10 min). Also, the electrodes were used for treatment of aqueous solution containing the 17 a-ethynylestradiol hormone (34 mmol L); after 4 h in HP and EHP configurations, the remediation with TiO2 resulted in degradation of 38 and 48 % of the hormone, and the TiO2/WO3 electrode promoted 45 and 54 %. HP and EHP configuration resulted in similar mineralization for both electrodes, 15 and 19 %, respectively; without the photocatalyst, 10 % of degradation was observed (4 % of mineralization). The dye and hormone photocatalytic oxidation by these electrodes was discussed considering energy diagrams; for the electrodes containing WO3, the better harvesting of visible radiation, as well as, the favorable relative position of valence and conduction band of these semiconductors, promotes the separation of photogenerated charges, which minimizes their recombination, improving the efficiency of organic compounds oxidation / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Os produtos lácteos são tidos como os alimentos mais perfeitos para o homem devido ao seu alto valor nutritivo. Entretanto, esses produtos vêm refletidos na elevada carga orgânica de efluente gerado. Os Processos Oxidativos Avançados (POA) são métodos químicos baseados na geração de radicais hidroxilas, que promovem a oxidação de compostos orgânicos. O uso de semicondutores no tratamento de efluentes tem sido de grande interesse devido à sua alta eficiência, estabilidade fotoquímica, natureza não-tóxica e baixo custo, especialmente quando a luz do sol é usada como fonte de irradiação. O uso de Óxido de Zinco (ZnO), por exemplo, além de mais econômico, absorve uma fração maior de espectro UV e tem melhor desempenho em pH neutro. Este estudo consistiu em avaliar a aplicação e eficiência da fotocatálise heterogênea (POA) solar com ZnO em termos de percentual de degradação de Carga Orgânica Total (COT) para um posterior tratamento biológico aerado visando melhorar as condições de despejo do efluente de modo a preservar o ecossistema e economia dos recursos naturais. O sistema POA consistiu de um volume fixo de efluente de 3L, de uma chapa metálica 800 x 250 mm revestida com uma formulação de tinta contendo ZnO, um reservatório de vidro, uma bomba centrífuga e aberto para absorção de radiações UV solar. Os resultados foram obtidos e analisados a partir do método de planejamento de experimentos em termos de percentual de degradação de COT. O melhor resultado apresentou um percentual de degradação de COT de 31,5% onde os níves das variáveis estudadas ocorreram em pH 8,0 em chapa de ZnO com espessura de 100 micrômetros (?m), utilizando o efluente in natura e o tempo total de reação de 3 h (180min). O efluente tratado pelo POA solar com ZnO foi submetido ao tratamento biológico aerado. O pH ótimo e a concentração de lodo foram de 6,0 e 5,0 mg/L, respectivamente. O percentual de degradação de COT para os tratamentos combinados foi de 75,1 % para o efluente de laticínios utilizado neste estudo. Isto sugere que o tratamento por POA utilizando ZnO seguido de um Tratamento Biológico Aerado seria uma alternativa promissora no tratamento de efluentes de laticínios. / Dairy products are the most perfect type of food for men due to its high nutritive value reflected on its high organic load of wastewater generated. The Advanced Oxidation Processes (AOP) are chemical methods based on the generation of hydroxyls radicals that promote the oxidation of organic compounds. The use of semiconductors in wastewater treatment has been of great interest owing to its high efficiency, photochemical stability, non-toxic nature and lower costs, especially when sunlight is used as source of irradiation. The use of Zinc Oxide (ZnO), for instance, besides being more economic, it also absorbs a greater range of UV spectrum and it has a better performance on neutral pH. This study consisted in evaluating the application and efficiency of solar photocatalytic oxidation (AOP) with ZnO in percentage terms of removal of Total Organic Carbon (TOC) prior to an aerobic biological treatment aiming to improve the conditions of the disposal of this wastewater in order to conserve the water environment and saving natural resources. The AOP system consisted of a working volume of 3 L, a sheet metal 800 x 250 mm covered with a paint formula containing ZnO, a glass vessel, a pump and an open system in order to collect solar UV radiation. The results were obtained and analyzed from design of experiments in terms of percentage of removal of TOC. The maximum percentage was found to be 31.5 % of removal of TOC and at pH 8.0, thickness of the sheet containing ZnO of 100 micrometers (?m), wastewater in natura and total time of reaction of 3 h (180 min). The solar AOP with ZnO treated wastewater was subjected to an aerobic biological treatment. The optimum pH and sludge loading were of 6.0 and 5.0 mg/L, respectively. The combination of both treatments resulted in 75.1 % of removal of TOC from the dairy wastewater used in this study. This suggests that the AOP using ZnO followed by an aerobic biological treatment would be a promising alternative for the treatment of dairy wastewater.

O objetivo do presente trabalho foi a otimização, via metodologia de superfície de resposta, da síntese de compósitos de nitreto de carbono grafítico e óxido de grafeno reduzido, por via úmida, para aplicação em fotodegradação de poluentes orgânicos, empregando-se como poluente-modelo o Bisfenol A (BPA) em meio aquoso e em concentrações ambientais (100 µg L-1). O nitreto de carbono foi obtido por pirólise da melamina, enquanto o óxido de grafeno reduzido foi obtido a partir do grafite por um método de Hummers modificado e posteriormente reduzido com hidrazina em refluxo após a impregnação em g-C3N4. A impregnação se baseou em auto-montagem por interação eletrostática via tratamento sonoquímico esfoliativo em pH 3,0, em que os materiais apresentam cargas opostas. Inicialmente, três fatores foram estudados para a formação dos compósitos: o teor mássico de óxido de grafite utilizado, o tempo de sonicação da mistura das suspensões dos materiais precursores esfoliados por ultrassom de ponteira e a quantidade de hidrazina utilizada para redução do óxido de grafeno. Para tanto realizou-se um planejamento inicial de dois níveis e três fatores com réplicas em todos os pontos. Após o ajuste de um modelo linear e de se determinar região ótima percorrendo-se o caminho de máxima inclinação, um Planejamento Composto Central foi utilizado para se otimizar a reação. A quantidade de hidrazina empregada não se mostrou estatisticamente significativa nos níveis estudados. As condições ótimas de síntese foram: 16% em massa de GrO, 8,5 min de sonicação da mistura. A hidrazina foi fixada em seu nível baixo (1:4 GrO em massa). A remoção do BPA chegou a aproximadamente 65% após 0,5 h de adsorção no escuro e 1 h de irradiação, utilizando-se 0,05 g L-1 do compósito. O material obtido com as condições ótimas foi aproximadamente 2,7 vezes mais ativo que o obtido com as condições encontradas na literatura. O sistema reacional apresentou baixas fotólise (3%) e adsorção no escuro (22%). Em termos texturais, o material obtido apresenta área superficial específica maior (86 m2 g-1) que a da matriz original de g-C3N4 (26 m2 g-1) sem o tratamento sonoquímico. Para o compósito otimizado, a estrutura lamelar do g-C3N4 foi preservada no compósito conforme os perfis dos difratogramas de pó. A superfície dos precursores e do compósito mostraram-se bastante puras. As análises de DRS mostraram que as propriedades de separação de carga do compósito não diferem muito do bandgap do g-C3N4 puro (2,7 eV). / The objective of this work was the optimization of the synthesis of grafitic carbon ni-tride and reduced graphene oxide composites by Response Surface Metodology for the photodegradation of organic pollutants, using bisphenol A as a model pollutant in aque-ous medium and environmental concentrations (100 µg L-1). Carbon nitride was ob-tained by pyrolysis of melamine, while the reduced graphene oxide was obtained from grafite by a modified Hummers method. The graphene oxide formed was later reduced by hydrazine in reflux after the impregnation in g-C3N4. The synthesis was based on a self-assembly via eletrostatic interaction and exfoliative sonochemical treatment at pH 3.0, condition in which the materials presented opposite charges. Initially three factors were studied for the composites fabrication: the graphite oxide mass content, the sonication period of the precursor mixture, which was exfoliated by a sonotrode and the amount of hydrazine used for reducing graphene oxide. An initial experimental design with two levels and three factors and replicas at all points was carried out. After determining a linear model and finding the optimum region along the path of steepest ascent, a Central Composite Design was performed to optmize the reaction. The amount of hydrazine employed was not statistically significant within the levels studied. The optimum conditions of syhthesis were 16% in mass of graphite oxide and 8.5 min of soni-cation of the mixture. Hydrazine was set at its low level (1:4 to GrO in mass). The BPA removal reached approximately 65% after adsorption (30 min in the dark) and 1 h of irradiation with 0.05 g L-1 composite. The obtained material according to the optimal conditions was approximately 2.7 times more active than the one obtained using the conditions found in the literature. The reaction system presented low photolysis (3%) and adsorption (22%). Texturally speaking, the obtained material had greater specific surface area (86 m2 g-1) than the original g-C3N4 matrix (26 m2 g-1). In textural terms, the g-C3N4 lamelar structure was preserved in the composite according to the powder dif-fractograms profiles. The surface of precursors and composite was quite pure. DRS analyses showed that the charge separation properties of the composite do not signifi-cantly differ from the pure g-C3N4 bandgap (2.7 eV).

Os produtos lácteos são tidos como os alimentos mais perfeitos para o homem devido ao seu alto valor nutritivo. Entretanto, esses produtos vêm refletidos na elevada carga orgânica de efluente gerado. Os Processos Oxidativos Avançados (POA) são métodos químicos baseados na geração de radicais hidroxilas, que promovem a oxidação de compostos orgânicos. O uso de semicondutores no tratamento de efluentes tem sido de grande interesse devido à sua alta eficiência, estabilidade fotoquímica, natureza não-tóxica e baixo custo, especialmente quando a luz do sol é usada como fonte de irradiação. O uso de Óxido de Zinco (ZnO), por exemplo, além de mais econômico, absorve uma fração maior de espectro UV e tem melhor desempenho em pH neutro. Este estudo consistiu em avaliar a aplicação e eficiência da fotocatálise heterogênea (POA) solar com ZnO em termos de percentual de degradação de Carga Orgânica Total (COT) para um posterior tratamento biológico aerado visando melhorar as condições de despejo do efluente de modo a preservar o ecossistema e economia dos recursos naturais. O sistema POA consistiu de um volume fixo de efluente de 3L, de uma chapa metálica 800 x 250 mm revestida com uma formulação de tinta contendo ZnO, um reservatório de vidro, uma bomba centrífuga e aberto para absorção de radiações UV solar. Os resultados foram obtidos e analisados a partir do método de planejamento de experimentos em termos de percentual de degradação de COT. O melhor resultado apresentou um percentual de degradação de COT de 31,5% onde os níves das variáveis estudadas ocorreram em pH 8,0 em chapa de ZnO com espessura de 100 micrômetros (?m), utilizando o efluente in natura e o tempo total de reação de 3 h (180min). O efluente tratado pelo POA solar com ZnO foi submetido ao tratamento biológico aerado. O pH ótimo e a concentração de lodo foram de 6,0 e 5,0 mg/L, respectivamente. O percentual de degradação de COT para os tratamentos combinados foi de 75,1 % para o efluente de laticínios utilizado neste estudo. Isto sugere que o tratamento por POA utilizando ZnO seguido de um Tratamento Biológico Aerado seria uma alternativa promissora no tratamento de efluentes de laticínios. / Dairy products are the most perfect type of food for men due to its high nutritive value reflected on its high organic load of wastewater generated. The Advanced Oxidation Processes (AOP) are chemical methods based on the generation of hydroxyls radicals that promote the oxidation of organic compounds. The use of semiconductors in wastewater treatment has been of great interest owing to its high efficiency, photochemical stability, non-toxic nature and lower costs, especially when sunlight is used as source of irradiation. The use of Zinc Oxide (ZnO), for instance, besides being more economic, it also absorbs a greater range of UV spectrum and it has a better performance on neutral pH. This study consisted in evaluating the application and efficiency of solar photocatalytic oxidation (AOP) with ZnO in percentage terms of removal of Total Organic Carbon (TOC) prior to an aerobic biological treatment aiming to improve the conditions of the disposal of this wastewater in order to conserve the water environment and saving natural resources. The AOP system consisted of a working volume of 3 L, a sheet metal 800 x 250 mm covered with a paint formula containing ZnO, a glass vessel, a pump and an open system in order to collect solar UV radiation. The results were obtained and analyzed from design of experiments in terms of percentage of removal of TOC. The maximum percentage was found to be 31.5 % of removal of TOC and at pH 8.0, thickness of the sheet containing ZnO of 100 micrometers (?m), wastewater in natura and total time of reaction of 3 h (180 min). The solar AOP with ZnO treated wastewater was subjected to an aerobic biological treatment. The optimum pH and sludge loading were of 6.0 and 5.0 mg/L, respectively. The combination of both treatments resulted in 75.1 % of removal of TOC from the dairy wastewater used in this study. This suggests that the AOP using ZnO followed by an aerobic biological treatment would be a promising alternative for the treatment of dairy wastewater.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-06-25T18:19:59Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Angélica de Sousa Hrysyk.pdf: 2633413 bytes, checksum: 814955f505551d7d05e203f53483d1c3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-25T18:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Angélica de Sousa Hrysyk.pdf: 2633413 bytes, checksum: 814955f505551d7d05e203f53483d1c3 (MD5) Previous issue date: 2018-04-06 / Por muito tempo os estudos sobre os tratamentos de resíduos estavam voltados a determinados grupos de poluentes considerados resistentes e tóxicos. Nos últimos anos espécies consideradas micropoluentes, com concentrações da ordem de μg L-1, têm recebido atenção, pois muitos destas possuem atividade farmacológica e devido ao seu grande uso e da baixa eficiência de remoção apresentada pelos sistemas de tratamento de esgoto podem contaminar águas superficiais e subterrâneas. Dessa forma, diversas pesquisas têm sido desenvolvidas na busca de novas formas de tratamento, com capacidade para a remoção de antibióticos, analgésicos, antiinflamatórios, entre outros. Os Processos Oxidativos Avançados (POA’s) têm apresentado reconhecida importância, pois mostram eficiente degradação desses micropoluentes que, em alguns casos, permitem a sua completa mineralização, ou seja, sua conversão em dióxido de carbono, água e íons inorgânicos. Em função de seu elevado uso pela população e potenciais problemas atribuídos a sua presença no ambiente existe a necessidade de investigação sobre metodologias de remediação para os fármacos amoxicilina (AMX), fluoxetina (FLU) e sinvastatina (SIN). Por isso, neste trabalho, foi estudada a potencialidade da fotocatálise heterogênea empregando dióxido de titânio imobilizado em acetato de celulose (TiO2/AC) assistido sob radiação ultravioleta (UV) em relação à remediação de matrizes aquosas contendo os fármacos AMX, FLU e SIN. O fotocatalisador sintetizado foi caracterizado por termogravimetria (TG) e análise térmica diferencial (DTA), Microanálise Quantitativa com mapeamento químico por Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X (EDS), Difratometria de Raios X (DRX) e Espectroscopia no Infravermelho (FTIR). Os ensaios de degradação dos fármacos foram conduzidos em reator fotoquímico e as frações provenientes foram analisadas por cromatografia líquida de alta eficiência no comprimento de onda de máxima absorção para cada fármaco. Obtiveram-se degradações de 99,1% (SIN em 30 minutos), 85% (FLU em 180 minutos) e 99,0% (AMX em 240 minutos). Ensaios de fotólise foram realizados comprovando a baixa fotossensibilidade dos fármacos, sendo assim, atribui-se a degradação como resultante da interação entre o fotocatalisador TiO2/AC e a radiação ultravioleta. Análises de Cromatografia Gasosa acoplado ao detector de massas (CG/EM) permitiram quantificar e identificar os produtos de degradação, com resultados de Carbono Orgânico Total (COT) foi possível determinar a taxa de mineralização de 70, 43 e 15%, para AMX, FLU e SIN, respectivamente. Ensaios ecotoxicológicos realizados com a planta aquática Lemna aequinoctials Welw mostraram-se eficientes para se compreender como os fármacos e seus produtos de degradação podem afetar os organismos aquáticos. / For a long time the studies on the treatment of residues were directed at certain groups of pollutants considered resistant and toxic. In recent years, species considered micropollutants, with concentrations of the order of μg L-1, have received attention, since many of them have pharmacological activity and due to their great use and the low removal efficiency presented by sewage treatment systems can contaminate surface waters and underground. In this way, several researches have been developed in search of new forms of treatment, with capacity for the removal of antibiotics, analgesics, anti-inflammatories, among others. The Advanced Oxidative Processes (POAs) have been recognized as important because they show an efficient degradation of these micropollutants, which in some cases allow their complete mineralization, that is, their conversion into carbon dioxide, water and inorganic ions. Due to its high use by the population and potential problems attributed to its presence in the environment there is a need for research on remediation methodologies for the drugs amoxicillin (AMX), fluoxetine (FLU) and simvastatin (SIN). Therefore, the potential of heterogeneous photocatalysis using titanium dioxide immobilized in cellulose acetate (TiO2/AC) assisted under ultraviolet (UV) radiation in relation to the remediation of aqueous matrices containing the AMX, FLU and SIN drugs was studied. The photocatalyst was characterized by thermogravimetry (TG) and differential thermal analysis (DTA), Quantitative Microanalysis with chemical mapping by X-ray Dispersive Energy Spectroscopy (EDS), X-ray Diffraction (XRD) and Infrared Spectroscopy (FTIR). The drug degradation assays were conducted in a photochemical reactor and the fractions obtained were analyzed by high performance liquid chromatography at the maximum absorption wavelength for each drug. Degradations of 99.1% (SIN in 30 minutes), 85% (FLU in 180 minutes) and 99.0% (AMX in 240 minutes) were obtained. Photolysis assays were performed proving the low photosensitivity of the drugs, thus, degradation is attributed as a result of the interaction between the TiO2 / AC photocatalyst and ultraviolet radiation. Analysis of Gas Chromatography coupled to the mass detector (GC / MS) allowed to quantify and identify the degradation products, with results of Total Organic Carbon (TOC), it was possible to determine the mineralization rate of 70, 43 and 15% for AMX, FLU and SIN, respectively. Ecotoxicological assays performed with the aquatic plant Lemna aequinoctials Welw have been shown to be effective in understanding how drugs and their degradation products can affect aquatic organisms.

Com o crescimento industrial e urbanização, diversos tipos de poluentes estão sendo encontrados com maior frequência e concentração em corpos hídricos. Um exemplo, são os corantes utilizados pelas indústrias têxteis. Grande parte desses poluentes, não é eliminada pelos processos atuais comumente empregados em estações de tratamento de águas residuais e plantas de tratamento de água potável. Devido a este fato, novas tecnologias para o tratamento da água estão sendo desenvolvidas, como os Processos Oxidativos Avançados (POAs). O objetivo do trabalho foi avaliar os fatores (físicos, químicos e estruturais) de um fotocatalisador (dióxido de titânio - TiO2), bem como as variáveis de um reator fotocatalítico que interferem na fotocatálise heterogênea (um tipo de POA). Para isso, sintetizou-se partindo do TiCl4, compostos de TiO2 com diferentes: morfologias (microesferas e nanotubos), características físicas e químicas, de modo a avaliar suas propriedades fotocatalíticas na degradação de corantes (azul de metileno e rodamina B), comparando os resultados aos obtidos com o nanopó comercial TiO2-P25. O reator fotocatalítico foi construído permitindo variar a potência, o comprimento de onda e a distância das lâmpadas para o sistema de reação. As microesferas sintetizadas a 550° (MT550) e nanotubos de titânia (NTT) apresentaram propriedades fotocatalíticas equivalentes ou superiores às do P25. O reator otimizado operou com quatro lâmpadas UVA próximas. O pH do meio foi determinante nos ensaios de fotocatálise. Sob pH neutro, as microesferas atuaram como adsorventes e fotocatalisadoras da rodamina B e adsorventes do azul de metileno. O P25 apresentou alta capacidade catalítica, em particular para meios neutro e básico. NTT demonstrou alta capacidade de adsorção do azul de metileno, porém baixo rendimento na adsorção e fotocatálise da rodamina B. / With industrial growth and urbanization, several types of pollutants are being found with greater frequency and concentration in water bodies. An example, are the dyes used by the textile industries. Most of these pollutants are not eliminated by current processes commonly used in sewage treatment plants and drinking water treatment plants. Due to this fact, new technologies for water treatment are being developed, such as Advanced Oxidative Processes (POAs). The aim of this work was to evaluate the physical, chemical and structural properties of a photocatalyst (titanium dioxide - TiO2), as well as the variables of a photocatalytic reactor that interfere with heterogeneous photocatalysis (a type of POA). For this, TiO2 compounds with different morphologies (microspheres and nanotubes), physical and chemical characteristics were synthesized from TiCl4, in order to evaluate their photocatalytic properties in the degradation of dyes (methylene blue and rhodamine B), comparing the results obtained with the commercial nanopowder TiO2-P25. The photocatalytic reactor was constructed allowing to vary the power, wavelength and distance of the lamps to the reaction system. The microspheres synthesized at 550°C (MT550) and titania nanotubes (NTT) showed photocatalytic properties similar to or superior to those of P25. The optimized reactor operated with four nearby UVA lamps. The pH of the medium was determinant in the photocatalysis experiments. At neutral pH, the microspheres acted as adsorbents and photocatalysts of rhodamine B and adsorbents of methylene blue. P25 showed high catalytic capacity, in particular for neutral and basic media. NTT showed high adsorption capacity of methylene blue, but low yields in adsorption and photocatalysis of rhodamine B.