Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-09-08T17:11:15Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1835695 bytes, checksum: bf8f63b434564b64b6fde68bc988c9e5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-08T17:11:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1835695 bytes, checksum: bf8f63b434564b64b6fde68bc988c9e5 (MD5) Previous issue date: 2015-12-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A utilização do TiO 2 como fotocatalisador apresenta algumas desvantagens como os processos de recombinação elétrons-lacuna, os quais diminuem a sua atividade fotocatalítica; somente ser fotoativado pela radiação na região do UV; e tendência a agregação das suas nanopartículas. Desta forma, este trabalho consistiu-se no preparo de compósitos contendo TiO 2 de forma a obter uma melhoria em suas propriedades funcionais. A atividade fotocatalítica foi significativamente afetada pela quantidade de TiO 2 suportada no hidróxido duplo lamelar de MgAl (hidrotalcita). Várias amostras de fotocatalisadores foram preparadas com diferentes nanopartículas metálicas (Ag, Cu ou Ni). O compósito fotocatalisador mais eficiente foi obtido na forma calcinada, com a relação molar de 2:1:1 (Mg:Al:Ti) e o metal Ag (2%, m/m) sendo denominado por HTC/TiO 2 -Ag(2). Este compósito apresentou aproximadamente 100% de degradação e 85% de mineralização do fenol, em 300 min. Compósitos contendo TiO 2 associado ao óxido de zinco obtido pela calcinação do hidróxido duplo lamelar ternário de MgZnAl também foram preparados com sucesso. Os fotocatalisadores foram avaliados em diferentes razões molares de Zn 2+ /Mg 2+ sendo que o melhor fotocatalisador foi obtido para a razão molar Zn 2+ /Mg 2+ igual a 5% e foi denominado por TiO 2 /MgZnAl-5. Este fotocatalisador removeu aproximadamente 100% de fenol e 80% de COT, em 360 minutos. Os novos compósitos fotocatalisadores preparados neste trabalho apresentaram um sinergismo de efeito ocasionado pelo suporte de hidróxido duplo lamelar, presença das nanopartículas metálicas (Ag, Cu ou Ni) ou óxido de zinco os quais, associados à fotoatividade do TiO 2, resultaram na formação de um compósito com alta capacidade fotocatalítica. Os compósitos apresentaram boa estabilidade após 5 ciclos de reuso, capacidade de recuperação e menor agregação de suas nanopartículas, mostrando assim um potencial promissor para aplicações práticas. / Use of TiO 2 as photocatalyst has some disadvantages such as electron-hole recombination processes which reduces its photocatalytic activity; only be photoactivated by radiation in UV region; and the tendency of aggregation when used as nanopowder. This study consisted in preparing composites containing TiO 2 to obtain an improvement in their functional properties. Photocatalytic activity was affected significantly by the amount of TiO 2 supported on lamellar double hydroxide of MgAl (hydrotalcite). A series of photocatalysts were prepared with different metallic nanoparticles (Ag, Cu or Ni). The most efficient photocatalyst composite was obtained calcined form, molar ratio 2:1:1 (Mg:Al:Ti) and Ag metal (2 wt.%) denominated as HTC/TiO 2 -Ag(2). This composite showed highest efficiency degradation by removing about 100% phenol by analysis via HPLC-DAD and 85% TOC after 300 minutes. Composites containing TiO 2 combined with zinc oxide obtained by the calcination of ternary (MgZnAl) layered double hydroxides were also successfully prepared in this work. The photocatalysts were evaluated at different Zn 2+ /Mg 2+ molar rations and the most efficient photocatalyst was obtained at a Zn 2+ /Mg 2+ equal to 5% (TiO 2 /MgZnAl- 5). This photocatalyst removed approximately 100% phenol and 80% COT after 360 minutes. The new composite photocatalyst prepared in this study showed a synergy effect of the layered double hydroxide support, presence of metal nanoparticles (Ag, Cu or Ni) or zinc oxide associated with photoactivity of TiO 2 , resulting in formation of a composite with high photocatalytic capacity. The composites showed good stability after 5 cycles, reduced agglomeration and ease separation by sedimentation at the end of the processes, thus showing a promising potential for practical applications.

VIANA NETO, Bartolomeu Cruz. Propriedades estruturais e vibracionais de nanocristais de TiO2 dispersos em matriz vítrea porosa. 2006. 49 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-13T22:08:54Z No. of bitstreams: 1 2006_dis_bcviananeto.pdf: 1287691 bytes, checksum: a818652b8c5c3fe5884464f939ed254d (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-13T22:19:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_dis_bcviananeto.pdf: 1287691 bytes, checksum: a818652b8c5c3fe5884464f939ed254d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-13T22:19:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_dis_bcviananeto.pdf: 1287691 bytes, checksum: a818652b8c5c3fe5884464f939ed254d (MD5) Previous issue date: 2006 / Nanostructured materials are the subject of intense investigation due to their remarkable properties as compared their bulk counterparts. The size-induced phenomena are interesting their own and open unique opportunities not only for using these properties in novel applications but also for improving the current technology. In this scenario integrated chemical systems (ICS) are set apart owing their complexity and the possibility ofcombining diferent nanosystems for getting materials with a designed functionality. For instance, nanocrystal growth in the cavities of a porous host is an attractive ICS because the porous is a restricted environment that can be used as nanoreactors. Besides the such system is very promising for catalysis it also important for studying the size-induced properties of the guest material as well. In this work we report the study of vibrational and structural properties of TiO2 nanocrystals dispersed into a porous vycor glass. We have obtained very small TiO2 nanocrystals in the anatase form. The nanocrystal size is controlled via the mass increment only thus preventing the growth through the coalescence process. The nanocrystal size as monitored through transmission electron microscope and Raman scattering. The Eg lowest frequency mode experiences an upshift and becomes broader as the nanocrystal size decreases. This phenomena is attributed to a size-induced e®ect and we analyzed it based on a phonon con¯nement model. As the nanocrystal size gets smaller the q = 0 selection rule is relaxed and the phonon con¯nement involves large q values contribute to the Raman intensity. The frequency follows the same trend of the phonon dispersion relation for the TiO2 bulk as the nanocrystal size decreases. / Materiais nanoestruturados são objetos de intensa investigação devido as suas notáveis propriedades físicas e químicas e quando comparados em suas formas “bulk". Os fenômenos induzidos pela redução do tamanho são interessantes por si próprio e abrem oportunidades únicas, não somente para o uso dessas propriedades em várias aplicações más também para o aprimoramento da tecnologia corrente. Os sistemas químicos integrados (SQI) são um conjunto à parte com complexidade própria e diferentes possibilidades de combinações de nanosistemas para obtenção de materiais com uma funcionalidade desejada. Por exemplo, o crescimento de nanocristais nas cavidades de um hospedeiro poroso é um SQI atrativo, pois o ambiente dos poros pode ser usado como nanoreatores. Da mesma forma que o sistema pode ser muito promissor para catálise é também importante no estudo das propriedades induzidas pelo tamanho do material hóspede. Neste trabalho, estudamos as propriedades estruturais e vibracionais de nanocristais de TiO2 dispersos dentro dos poros do vidro vycor. Foram estudados nanocristais de TiO2 com tamanhos variando de 3-20 nm na fase anatásio. O tamanho dos nanocristais foi monitorado através de microscopia de transmissão eletrônica e espalhamento Raman. O modo Eg, com freqüência em torno de 144 cm-1, experimenta um deslocamento e alargamento de seu pico com a diminuição do tamanho do nanocristal. Este fenômeno é atribuído ao efeito induzido pelo tamanho e analisamos os resultados experimentais com base no modelo de confinamento de fônons. Quando o tamanho do nanocristal é pequeno, a regra de seleção q ≈ 0 no espalhamento Raman de primeira ordem é relaxada e fônons com grandes valores de q contribuem para a intensidade do pico Raman. A freqüência do pico Raman à medida que o tamanho diminui segue o mesmo comportamento da relação de dispersão de fônons para o TiO2 “bulk".

VIANA NETO, Bartolomeu Cruz. Propriedades estruturais e vibracionais de nanotubos e nanofitas de titanato. 2009. 67 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-13T22:32:43Z No. of bitstreams: 1 2009_tese_bcviananeto.pdf: 2854187 bytes, checksum: 4f6bd432814c19af95dec1be0d243db2 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-14T17:50:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_tese_bcviananeto.pdf: 2854187 bytes, checksum: 4f6bd432814c19af95dec1be0d243db2 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-14T17:50:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_tese_bcviananeto.pdf: 2854187 bytes, checksum: 4f6bd432814c19af95dec1be0d243db2 (MD5) Previous issue date: 2009 / This work reports a study on the structural, morphological and vibrational properties of titanate nanotubes and nanoribbons obtained from hydrothermal treatment of TiO$_2$ in aqueous NaOH solutions. The physical properties of these as-synthesized and heat-treated nanostructures are discussed in comparison with their bulk (Na$_2$Ti$_3$O$_7$ and Na$_2$Ti$_6$O$_{13}$) counterparts. The results obtained from transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, atomic emission spectroscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, infrared and Raman spectroscopies allowed us to conclude that the layers of both as-synthesized titanates nanotubes and nanoribbons are isostructural to the Na$_2$Ti$_3$O$_7$ lamellar compound. In the titanate nanotubes the chemical bonds are deformed because of the curvature of walls while in the titanates nanoribbons the layers present structural disorder by size effects. The thermal behavior of titanate nanoribbons is similar to those reported in literature for titanate nanotubes, where structural and morphological changes with increases of temperature are observed and indicated that the nanoribbons, at high temperatures, change to bulk with a phase mixing of Na$_2$Ti$_3$O$_7$ and Na$_2$Ti$_6$O$_{13}$. This is similar to what happens with the bulk Na$_2$Ti$_3$O$_7$ when thermally treated. Thus, we conclude that the chemical composition of both the titanate nanotubes and the titanate nanoribbons is the same, Na$_{2-x}$H$_x$Ti$_3$O$_7$.nH$_2$O (0$leq$x$leq$2). Also, we suggest that Raman spectroscopy can be used for an easy and quick identification of both morphology and structure changes of the nanosized titanates. Furthermore, in this work we report the synthesis, characterization and application of Ce ion-exchanged titanate nanotubes. The physicochemical properties of these nanotubes are discussed in comparison with their pure titanate nanotube counterparts. The transmission electron microscope images showed that the Ce ion-exchanged titanate nanotubes have the same morphology of the pristine nanotubes and their external walls are decorated with cerium oxide nanoparticles. The mechanism of nanoparticle formation is based on the precipitation of Ce ion at the nanotube surface. We observed a shift of the absorption band edge towards the visible region that is attributed to the effects of Ce$^{4+}$ addition (intercalation) and/or the presence of CeO$_2$ nanoparticles decorating the nanotubes surfaces. A red shift of vibrational modes associated with metal ion - oxygen interaction was observed and identified as being due to the effect of Ce addition to the lattice as well as the anchoring of CeO$_2$ nanoparticles to the nanotube wall. We show that this hybrid system is promising for applications in photocatalysis using the blue region of the electromagnetic spectrum and this was demonstrated for photodegradation of reactive blue 19 textile dye using visible light ilumination. / Este trabalho relata o estudo das propriedades estruturais, morfológicas e vibracionais dos nanotubos e das nanofitas de titanato obtidos a partir do tratamento hidrotérmico de TiO2 em solução aquosa de NaOH. As propriedades físicas destas nanoestruturas, como preparadas e tratadas termicamente, são discutidas e comparadas com seus similares sólidos estendidos (Na2Ti3O7 e Na2Ti6O13). Os resultados obtidos por microscopia eletrônica de transmissão, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de emissão atômica, espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, difração de raios-X, espectroscopia de absorção no infravermelho com transformada de Fourier e espectroscopia Raman permitem concluir que as camadas (paredes ou lamelas) de nanotubos e nanofitas de titanato, como preparados, são isoestrutural ao composto lamelar Na2Ti3O7. Nos nanotubos de titanato as ligações químicas são deformadas por causa da curvatura das paredes, enquanto nas nanofitas de titanato as camadas apresentam apenas a desordem estrutural causada pelo efeito do tamanho. O comportamento térmico das nanofitas de titanato é similar ao relatado na literatura para os nanotubos de titanatos, onde mudanças estruturais e morfológicas, com o aumento da temperatura, são observadas e indicam que as nanofitas quando submetidas a altas temperaturas mudam sua morfologia para grandes bastões (sólido estendido) com uma mistura das fases Na2Ti3O7 e Na2Ti6O13. Este resultado é similar ao comportamento do Na2Ti3O7, sólido estendido, quando tratado termicamente. Concluímos que os nanotubos e as nanofitas de titanato têm a mesma composição química Na{2-x}HxTi3O7.nH2O(0·x·2).

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-31T14:10:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345660.pdf: 8768611 bytes, checksum: 8091bbf8621db6062d55cdf9eea64ac2 (MD5) Previous issue date: 2016 / Nanopartículas de dióxido de titânio são amplamente utilizadas como fotocatalisadores. A fração relativa do polimorfo de dióxido de titânio (anatásio, rutilo, ou bruquita), a dimensão das nanopartículas e a dopagem afetam significativamente o desempenho fotocatalítico desse material. Devido à menor energia de superfície, a fase anatásio é favorecida em escala nanométrica. Porém, elementos dopantes, tais como o nióbio, podem mudar esse comportamento devido a alterações tanto na superfície quanto no volume das nanopartículas. Contudo, o efeito do nióbio na estabilidade relativa das fases anatásio e rutilo ainda não é bem entendido do ponto de vista termodinâmico. Visando uma melhor compreensão desse efeito, na primeira parte desse trabalho, foi construído um novo diagrama de fases preditivo para TiO2 dopado com Nb2O5, que mostra a estabilidade do polimorfo da titânia em função da composição e tamanho de grão. Na sequência, nanopartículas de TiO2 dopadas com 0 a 5 mol% de Nb2O5 foram sintetizadas por precipitação simultânea. 5 mol% Nb2O5 postergou a transformação de anatásio para rutilo em aproximadamente 200 °C. Após tratamento térmico do TiO2 dopado com 5 mol% Nb2O5 a 700 °C, não foi detectada a fase rutilo, enquanto TiO2 não dopado apresentou 90 % dessa fase. Para amostras calcinadas a 450 °C por 7 h, uma diminuição no tamanho do cristalito de 11.8 para 5.9 nm e um aumento na área superficial específica de 92 para 168 m²/g foram observados entre o TiO2 não dopado e o TiO2 dopado com 5 mol% de Nb2O5. A atividade fotocatalítica do anatásio foi medida pela taxa de decomposição do azul de metileno sob iluminação ultravioleta e luz visível e comparado com um catalisador comercial padrão (TiO2 P25). Os resultados mostraram que o TiO2 dopado com 5 mol% Nb2O5 apresentou atividade fotocatalítica superior àquela medida para o TiO2 P25 sob luz visível. O desempenho aumentado foi atribuído à mudança da química de superfície associada com uma breve mudança na energia da banda proibida. Então, TiO2 dopado com 5 mol% de Nb2O5 foi aplicado sobre revestimentos cerâmicos esmaltados por spray de modo a formar um filme nanométrico após sinterização entre 600-900 °C. O caráter super-hidrofílico foi avaliado pela medida do ângulo de contato da água sob irradiação UV. A degradação do azul de metileno foi realizada de acordo com ISO 10.678 e JIS R 1703-2. Os resultados mostraram um melhor desempenho das amostras dopadas em todas as temperaturas testadas. Em 800 °C, as amostras dopadas alcançaram ângulo de contato de água próximo de zero em apenas 15 min sob irradiação UV. As imagens de MEV mostraram que o dopante Nb2O5 drasticamente diminui o tamanho do grão das nanopartículas de TiO2.<br> / Abstract : Titanium dioxide nanoparticles are widely used as photocatalysts. The relative fraction of titanium dioxide polymorph, i.e. anatase, rutile, or brookite, the nanoparticle size and the doping significantly affect the photocatalytic performance of this material. Due to the smaller surface energy, the anatase phase is more favorable at nanoscale. Doping elements, such as niobium, are expected to modify this behavior, due to changes in both surface and bulk energies. However, the effect of niobium on the relative stability of anatase and rutile phases is not well understood from the thermodynamic point of view. Aiming a better understanding of this effect, in the first part of this work, a new predictive nanoscale phase diagram was built for Nb2O5-doped TiO2, which shows the stable titania polymorph as a function of the composition and size. In the sequence, TiO2 nanoparticles doped with 0 to 5 mol% Nb2O5 were synthesized by simultaneous precipitation. 5 mol% Nb2O5 postponed the anatase to rutile transformation by about 200 °C. After thermal treatment of 5 mol% Nb2O5-doped TiO2 at 700 °C, no rutile was detected, while undoped TiO2 presented 90 wt.% of this phase. For samples calcined at 450 °C for 7 h, a decreasing on crystallite size from 11.8 to 5.9 nm and an increasing on specific surface area from 92 to 168 m²/g were observed between the undoped TiO2 and 5 mol% Nb2O5-doped TiO2. Photocatalytic activity of anatase polymorph was measured by the decomposition rate of methylene blue under ultraviolet and daylight illumination and compared to commercial standard catalyst (TiO2 P25). The results showed higher photocatalytic activity for 5 mol% Nb2O5-doped TiO2 than P25 under visible light. The enhanced performance was attributed to surface chemistry change associated with a slight shift in the band gap. Thus, 5 mol% Nb2O5-doped TiO2 was coated on glazed ceramic tiles by spraying to form a nanometric film on the surface of the ceramic tiles after sintering from 600-900 °C. The superhydrophilic character was evaluated by measuring the water contact angle under UV-irradiation. The degradation of methylene blue was performed according to ISO 10.678 and JIS R 1703-2. The results showed better performance of doped samples at all temperature tested (600-900 °C). At 800 °C, the doped samples achieved water contact angle near to zero in just 15 min under UV-irradiation. The SEM images showed that Nb2O5 doping drastically decreases the grain size of the TiO2 nanoparticles.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências Mecânicas, Joinville, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-15T04:11:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347261.pdf: 1767746 bytes, checksum: 05f30ab2ce5827e8d0293eda557180f2 (MD5) Previous issue date: 2017 / A celulose bacteriana (CB) é um biopolímero com propriedades interessantes, tais como, biocompatibilidade, alta resistência à tração, alta capacidade de absorção, retenção de água e alta cristalinidade. A celulose é o polímero mais abundante da terra, podendo ser produzida por plantas e por vários microrganismos. Bactérias do gênero Komagataeibacter, que foram usadas neste estudo, têm carácter não patogênico e mantém a capacidade de sintetizar nanofibras de celulose em meio estático e em condições dinâmicas, na qual há uma tendência para a formação de geometrias membranosas e corpos tridimensionais de formas esféricas, respectivamente. Na primeira etapa deste trabalho, o objetivo principal foi avaliar e caracterizar a produção de esferas de CB produzidas com a bactéria Komagataeibacter hansenii ATCC 23769, sob cultivo agitado e diferentes condições de operação. Para isto, utilizou-se um planejamento experimental envolvendo as variáveis correspondentes a fonte de carbono, concentração de inóculo, volume do meio de cultura, volume do frasco Erlenmeyer e a velocidade de agitação. Os resultados experimentais mostraram que o rendimento mais elevado de celulose bacteriana na forma de hidrogel foi obtido sob condições em que a fonte de carbono utilizada foi o glicerol, na temperatura controlada de 25 °C e com a velocidade de agitação de 125 rpm. Nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) são extremamente importantes em aplicações elétricas, fotocatalíticas e biomédicas. Materiais multifuncionais com propriedades diferenciadas, baseados em celulose bacteriana, podem ser concebidos a partir de nanocompósitos de CB/TiO2 pelo método ex-situ de imersão sol-gel. Deste modo, a segunda etapa do trabalho foi composta pela fabricação de nanocompósito constituído de hidrogel CB/TiO2. As caracterizações foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). A análise morfológica do nanocompósito revelou a existência de interação molecular e adesão entre as nanopartículas de TiO2 e a matriz de nanofibras de celulose, onde a presença de picos de Ti no espectro EDS foram encontrados, provando a incorporação bem sucedida das nanopartículas. O FTIR revelou a modificação dos grupos funcionais, o que sugeriu a interação entre os componentes. Devido ao grande potencial fotocatalítico das nanopartículas de TiO2 e pela possibilidade de confecção de hidrogéis esféricos de CB, contendo elevada área superficial, a terceira etapa do projeto foi composta pelo desenvolvimento de nanocompósitos esféricos de CB/TiO2 confeccionados via imersão sol-gel e via síntese direta de nanopartículas de TiO2. O objetivo da confecção dos nanocompósitos em duas vias é a comparação de eficiência do efeito fotocatalítico. As caracterizações morfológicas foram realizadas via MEV e a avaliação da atividade fotocatalítica foi conduzida em um reator fotocatalítico de baixa potência (UV-C 15W), por fim, a análise quantitativa foi via a degradação de um corante medida por espectroscopia visível. Como resultado final os materiais alcançaram uma capacidade de remoção do corante de 89,58 e 70,83% através da fotocatálise dos nanocompósitos de CB/TiO2 confecionados via a adição das nanopartículas pelos métodos ex-situ e in-situ, respectivamente. Estes bons resultados possibilitarão a utilização deste material no tratamento de efluentes industriais.<br> / Abstract : Bacterial cellulose (BC) is a biopolymer with interesting properties, such as biocompatibility, high tensile strength, high absorption capacity, water retention and high crystallinity. Cellulose is the most abundant polymer of the earth, it can be produced by plants and by various microorganisms. Bacteria of the Komagataeibacter genus, which were used in the experiments have non-pathogenic character and hold the ability to synthesize cellulose nanofibers in static medium and in dynamic conditions, where there is a tendency in the formation of membranous geometries and three-dimensional bodies of spherical shapes, respectively. The first step of this work was to evaluate and characterize the production of spherical BC produced with Komagataeibacter hansenii ATCC 23769 bacteria under agitated culture and different operating conditions. A design of experiments was used to evaluate the parameters corresponding to a carbon source, inoculum concentration, the volume of the culture medium, the volume of the Erlenmeyer flask and stirring speed. The experimental results showed that the highest yield of bacterial cellulose as hydrogel was obtained with the utilization of glycerol, temperature controlled at 25 °C and agitation speed of 125 rpm. Nanoparticles of titanium dioxide (TiO2) are extremely important in electrical applications, photocatalysis, sensors and biomedical areas. Multifunctional materials, based on bacterial cellulose, with differentiated properties can be designed from the CB/TiO2 nanocomposite by ex situ method of sol-gel immersion. It was manufactured as a nanocomposite consisting of CB/TiO2 hydrogel. The characterizations were carried out by scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The morphological analysis of nanocomposite revealed the existence of molecular interaction and adhesion between TiO2 nanoparticles and cellulosic nanofibers matrix, where the presence of Ti peaks in EDS spectra was discovered, proving the successful incorporation of nanoparticles. The FTIR showed modification on the functional groups, suggesting an interaction between the components. Due to the large photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles and the possibility to produce spherical hydrogels of BC with high surface area, the third step of the project will consist of the development of spherical nanocomposites BC/TiO2 prepared by immersion sol-gel and by direct synthesis of TiO2 nanoparticles. Both nanocomposites will be compared for the photocatalytic effect. Morphological characterizations will be performed through SEM and the evaluation of the photocatalytic activity will be conducted at a low power photocatalytic reactor (15W UV-C). Finally, the quantitative analysis will be measured by degradation of a dye at visible spectroscopy. As final results materials achieved a dye removal capacity of 89.58 and 70.83% by photocatalysis of the CB/TiO2 nanocomposites produced by addition of the nanoparticles via ex-situ and in-situ methods, respectively. These good results will enable the use of this material in the treatment of industrial effluents.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-31T03:19:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348699.pdf: 4604314 bytes, checksum: c1e5a540bf52119a18a4177b8b19cd7f (MD5) Previous issue date: 2017 / Neste trabalho, inicialmente, foi realizado um estudo detalhado de uma nova rota de síntese via sol-gel coloidal para a obtenção de Nb2O5 e óxidos mistos de Nb2O5:TiO2. Foram controlados parâmetros como temperatura, relação molar H+:Nb5+, H+:(Nb5+:Ti4+) e Nb5+:H2O para determinar as melhores condições de síntese. Os resultados obtidos indicam que a síntese sol-gel coloidal é um método adequado para a obtenção de Nb2O5 e óxidos mistos (Nb2O5:TiO2) tal como sol nanoparticulado estável ou como pó nanométrico. Nanopartículas amorfas com tamanho médio de 20 nm (Nb2O5) e 10 nm (Nb2O5:TiO2) foram obtidas controlando as variáveis da síntese. O processo de tratamento térmico realizado nas nanopartículas de Nb2O5 promoveu a formação de diferentes fases cristalinas (TT e T) com estrutura pseudohexagonal e ortorrômbica, respectivamente, que a temperaturas mais elevadas se transformam em uma mistura de fases ortorrômbica e monoclínica. No caso dos óxidos mistos (Nb2O5:TiO2), a calcinação entre 650 e 800 ºC levou à formação de diferentes fases cristalinas, entre elas TiNb2O7 como principal. Nos dois óxidos (Nb2O5 e Nb2O5:TiO2), a composição da fase cristalina apresentou influência significativa na atividade fotocatalítica. No caso do Nb2O5 puro, o melhor desempenho fotocatalítico foi observado para o material constituído principalmente pela fase TT-Nb2O5, enquanto que, para o óxido misto, o melhor desempenho é encontrado no material constituído principalmente pela fase monoclínica-TiNb2O7. Em uma segunda etapa do trabalho, a fim de avaliar a influência de diferentes métodos de síntese na obtenção de nanopartículas, um novo método hidrotérmico assistido por micro-ondas foi utilizado para preparar nanopartículas de Nb2O5. Os resultados obtidos indicam que o processo por micro-ondas a 180 °C durante 20 min foi suficiente para obter nanopartículas amorfas com um tamanho médio de 40 nm. As nanopartículas obtidas apresentaram um processo similar de cristalização ao observado nas amostras preparadas pela síntese sol-gel, demonstrando também, nesse caso, que a cristalinidade teve efeito significativo na atividade fotocatalítica do material. Em uma terceira etapa deste trabalho, filmes finos foram preparados pelo método de dip-coating. Experimentos fotocatalíticos confirmaram que os filmes finos constituídos pela fase TT-Nb2O5 são promissores para aplicações como catalisadores imobilizados em reações fotoativas.<br> / Abstract : A detailed study of a novel synthesis via colloidal sol-gel route for obtaining nanoparticulate Nb2O5 and mixed oxides Nb2O5: TiO2 was investigated in this work. Parameters such as temperature and H+:Nb5+ and H+:(Nb5+: Ti4+), Nb5+: H2O molar ratio were controlled in order to determine the best synthesis conditions. The obtained results indicate that the colloidal sol-gel synthesis is a good alternative for obtaining Nb2O5 and mixed oxides (Nb2O5: TiO2) either as stable nanoparticulate sol or as a nanosized powder. Amorphous nanoparticles with an average size of 20 nm (Nb2O5) and 10 nm (Nb2O5:TiO2) were produced by controlling the synthesis variables. The heat treatment process performed on Nb2O5 nanoparticles promoted the formation of different crystalline phases (TT and T) with pseudo-hexagonal and orthorhombic structures, respectively, that transform at higher temperatures in a mixture of orthorhombic and monoclinic phases. In the case of mixed oxides (Nb2O5: TiO2), the calcination at temperatures between 650 and 800 ºC, led to the formation of different crystalline phases, among them TiNb2O7 as the major one. In the two systems (Nb2O5 and Nb2O5: TiO2), the crystalline phase composition was found to have a significant influence on the photocatalytic activity. In the case of pure Nb2O5, the best photocatalytic performance was observed for the material mainly constituted by the TT-Nb2O5 phase, whereas for the mixed oxide the best performance was found for the material mainly constituted by the monoclinic-TiNb2O7 phase. In a second stage of the work, in order to evaluate the influence of different synthesis methods in obtaining nanoparticles, a new microwave-assisted hydrothermal method was used to prepare nanoparticles of Nb2O5. The results indicate that the microwave procedure at 180 °C for 20 min was enough to obtain amorphous nanoparticles with average sizes of 40 nm. The nanoparticles produced showed a similar crystallization process to those observed in the samples prepared by the sol-gel synthesis, and also in crystallinity had a significant effect on the photocatalytic activity of the material. In a third stage of this work, thin films were prepared by the dip-coating method. Photocatalytic experiments confirmed that the thin films constituted by the TT-Nb2O5 phase are promising for applications as catalysts immobilized in photoactived reactions.

[pt] A síntese de nanomateriais com morfologia unidimensional 1-D a base de TiO2 recebeu um grande impulso a partir de 1998, depois da introdução da rota hidrotérmica alcalina a partir de óxidos de titânio. Dezenas de publicações logo se seguiram, não apenas devido à simplicidade desta rota de síntese, dispensando o uso de templates, mas também pelas propriedades físico-químicas que este novo material apresentava, tais como: alta área superficial, facilidade de troca iônica e propriedades de semicondutor. Nos últimos anos os nanomaterias (nanotubos e/ou nanofitas) com estrutura lamelar de titanato (H2Ti3O7) obtidos por esta rota, como também os nanomateriais (nanobastões e nanopartículas) a base de TiO2 resultantes dos seus pós-tratamentos, térmico (calcinação) e ácido, passaram a ser considerados e otimizados para aplicações fotocatalíticas. O presente trabalho teve como objetivo investigar a síntese e a aplicação de tais materiais na degradação fotocatalítica de poluentes gasosos (ex. NOx), a qual poderia vir a ser empregada em unidades de craqueamento catalítico fluido (UFCC), pois tal processo é a fonte individual que mais emite NOx em uma refinaria e, portanto, de grande interesse da indústria do petróleo para reduzir o nível de emissões gasosas. Os materiais foram sintetizados em escala laboratorial e caracterizados por difração de raios-X, microscopia eletrônica de transmissão, difração de elétrons, análise termogravimétrica, adsorção de nitrogênio, fluorescência de raios-X, análise elementar para enxofre, fotometria de chama e técnicas espectroscópicas de infravermelho e de refletância difusa no UV-Visível. A atividade fotocatalítica foi testada em uma unidade experimental para abatimento de NO acoplada a um cromatógrafo gasoso com espectrômetro de massas. Verificou-se que o nanomaterial na forma de nanotubos de H2Ti3O7, obtido pela rota hidrotérmica alcalina e protonizado após lavagem ácida, não apresenta boa atividade fotocatalítica para degradação de NO apesar de sua alta área superficial, enquanto que seus derivados pós-tratados por calcinação apresentam boa atividade fotocatalítica. Isto se deve, entre outros fatores, a mudança de fases onde a 450˚C tem-se nanobastões de anatásio com pequenas quantidades de TiO2(B) e a 550ºC apenas nanobastões de anatásio estão presentes. Em relação aos materiais pós-tratados com ácido somente aqueles que tiveram conversão completa para anatásio apresentaram boa atividade fotocatalítica. A amostra mais ativa para a degradação fotocatalítica foi a chamada A5, que foi calcinada a 550°C e formada de nanobastões, tendo sido mais ativa que seu par, também de fase anatásio, mas obtido por tratamento ácido e formado de nanopartículas na forma de bi-pirâmide truncada. A morfologia dos nanobastões de anatásio no primeiro caso desenvolveu facetas no plano (001) com considerável extensão e energia superficial, mais alta que os planos (101) encontrados predominantemente nas nanopartículas de anatásio bi-piramidal (encontradas no segundo caso), é possível que essa diferença explique as diferentes atividades fotocatalíticas. O SO(-2)4 remanescente nas amostras de anatásio que sofreram tratamento ácido foi dependente do pH de tratamento com H2SO4, e pode ser uma possível explicação para a menor atividade fotocatalítica das amostras de anatásio de alta área superficial, uma vez que os radicais hidroxila na superfície podem ser prejudicados na reação com NO adsorvido. As atividades de todas as amostras foram comparadas com a atividade do padrão comercial P-25 da Degussa (anatásio 70% : rutilo 30%). A atividade da amostra A5 com a morfologia de nanobastões é ~20% mais alta que a do padrão comercial P-25. / [en] The development of TiO2 based 1-D nanomaterials received a significant stimulus since alkali hydrothermal process has been proposed as a new template-free method for obtaining nanotubes and/or nanobelts with high surface area. This new nanomaterial offers a novel combination of chemistry, morphology, structural, physical and chemical properties. From the structural point of view, they are layered titanates with general chemical formula H2Ti3O7. Due to their high surface area and semiconductor properties these new 1-D nanomaterials have been studied in photocatalytic applications for the degradation of liquid and/or gas pollutants. At the same time 1-D nanostructure titanates are being considered as potential precursors for further development of novel TiO2 based photocatalytic nanomaterials through thermal and/or soft-chemical (acid) post-treatments. The study presented here aims at the development of active TiO2 based nanomaterials capable of photo-oxidative degradation of NOx, which are of potential interest for petroleum refineries since they are one of the main industrial sources of NOx pollution and because environmental regulations tend to become more and more rigid. Titanate nanotubes have been synthesized by submitting a commercial anatase powder to a selected alkaline hydrothermal condition, followed by acid washing of the precipitate. The as-prepared titanate nanotubes (TTNT) were post-treated, either through calcination in air or by aging in the presence of sulfuric acid, in order to produce different TiO2 based nanomaterials. These have been thoroughly characterized by X-ray powder diffraction, transmission electron microscopy, selected area electron diffraction, thermogravimetric analysis, BET analysis, diffuse-reflectance UV–Vis spectroscopy, infra-red spectroscopy and elementary analysis for sulphur, while their photocatalytic activity have been evaluated by flowing NO (100 ppm in He) through a photo-reactor equipped with three UV lamps attached to a Gas chromatograph / Mass spectrometer system. Despite its high surface area and typical optical properties of semiconductors, the as synthesized titanate nanotubes (H2Ti3O7) proved to be poor photocatalysts for the degradation of NO. In contrast, some of their derivatives obtained through thermal and acid post-treatments showed promising photocatalytic activities. In the case of the heat treated samples, the improved photocatalytic activity was due to the phase transition into TiO2 phases occurring above 350oC and that resulted in the formation of anatase nanorods. For the acid treated samples exhibiting high photocatalytic activities a complete phase transformation into anatase was verified as well. Therefore, anatase was the predominant phase for all good photocatalysts prepared in this study. The most active anatase sample in the study (named A5) was the one formed of nanorods obtained by calcining the precursor TTNT at 550oC. Its counterpart obtained via acidic treatment with similar chemical composition and surface area but constituted of truncated bipyramidal nanoparticles, was less active. The rod-like morphology of anatase in the former case developed (001) facets with considerable extension and the higher surface energy of its prevailing (001) planes relative to the (101) planes predominantly found in the truncated bipyramidal anatase nanoparticles (synthesized in the second case), was suggested to explain the differences in their photocatalytic activity. The remaining SO42- content in the other anatase samples derived from acidic aging was dependent on the pH of the H2SO4 treatment and was assigned as a possible explanation for the lower photocatalytic activity of the high surface anatase samples obtained via this route, since it might be impairing surface hydroxyl radicals to react with the adsorbed NO. The photocatalytic activity of all samples has been compared to the activity of the commercial TiO2 P-25 (Degussa) which is considered a benchmark photocatalysts. The sample A5 presented 20% higher photocatalytic activity for NO degradation as com

A investigação das possibilidades do uso da energia solar tem se intensificado nas últimas décadas. Existem muitos desafios na busca de melhorar a eficiência de conversão de energia solar em outras formas de energia. Os diferenciados comportamentos apresentados por dispositivos semicondutores nanoestruturados tem viabilizado processos fotocatalíticos sob irradiação solar. Encontrar um semicondutor estável, com a possibilidade de expandir a eficiência das reações fotocatalíticas, para o espectro visível da radiação solar, é um dos principais desafios em muitas investigações. Dado um semicondutor específico dióxido de titânio (TiO2), algumas modificações são fundamentais tanto para otimizar o semicondutor e expandir seu espectro de absorção para o visível, quanto para aumentar a eficiência de separação de carga na interface entre as fases sólido e líquido. Esse trabalho tem como objetivo investigar as propriedades de nanotubos de TiO2 via carregamento com nanopartículas de Au utilizando dois métodos físicos para tal: i) implantação iônica e ii) pulverização catódica (DC Magnetron Sputtering). Os materiais assim obtidos resultaram em distintas características estruturais, morfológicas, superficiais e óticas que foram investigadas através da realização de variadas técnicas. A estabilidade temporal destes materiais, quando utilizados em processos fotocatalíticos para a produção de H2, também foi investigada Os nanobubos de TiO2 sem adição de nanopartículas de Au apresentaram uma maior estabilidade, mas menor atividade fotocatalítica comparado aos nanotubos carregados com nanopartículas de Au. Os nanotubos carregados com nanopartículas pelo método de implantação iônica apresentaram um aumento de até 7 vezes na produção fotocatalítica de H2, comparadas a amostra livre de Au. A atividade fotocatalítica das amostras submetidos a carregamento de Au pela técnica de DC Magnetron Sputtering tiveram um amento de até 40 vezes comparadas a amostra livre de Au. Apesar dos NTs carregados com NPs de Au por DC Magnetron Sputtering apresentarem uma maior atividade fotocatalítica os NTs carregados com Au por implantação apresentaram maior estabilidade temporal, reproduzindo a mesma produção de H2 em 4 ciclos de 24 horas de ensaios fotocatalíticos, enquanto os NTs carregados com Au por DC Magnetron Sputtering tiveram uma queda maior que 40% na produção de H2 no mesmo número de ciclos. A queda na produção de H2 verificada na amostra carregada por DC Magnetron Sputtering é justificada pela perda de mais de 80% do Au depositado. / In the last decades, several publications have been shown different approaches to use solar energy. There are many challenges in order to improve the efficiency of solar energy conversion to other types of energy. The unique behaviour of the nanostructured semiconductors devices has allow the photocatalytic process under solar irradiation. However, the search for a stable semiconductor that can improve the efficiency of photocatalytic reaction under the visible spectrum is one of the current biggest challenge. Among several semiconductors, dioxide titanium (TiO2) is one of the most promising candidates. However, in order to expand the visible absorption and increase the charge separation efficiency is require modified the TiO2 structure. This work aimed the investigation of TiO2 nanotubes properties loaded with Au nanoparticles via two physics approaches: i) ion implantation and ii) sputtering deposition (DC Magnetron sputtering). The samples produced presented different structural, morphological and optical properties that were investigated thought several techniques The temporal stability of these materials, when submitted to photocatalytic process for hydrogen production also has been investigated. TiO2 nanotubes without Au nanoparticles showed a better stability and a lower photocatalytic activity when compared with the nanotubes with Au nanoparticles. The nanotubes loaded with Au nanoparticles by ion implantation presented an increase of up to 7 times in the photocatalytic production of H2, compared to the Au free sample. The photocatalytic activity of samples submitted to Au loading by the Magnetron Sputtering DC technique had an increase of up to 40 times compared to the Au free sample. Although NTs loaded with Au NPs by DC Magnetron Sputtering exhibited a higher photocatalytic activity, the Au-loaded NTs by ion implantation presented higher temporal stability, reproducing the same H2 production in 4 cycles of 24 hours of photocatalytic tests, while NTs loaded with Au by DC Magnetron Sputtering had a drop greater than 40% in H2 production in the same number of cycles. The decrease in H2 production verified in the sample loaded by DC Magnetron Sputtering is justified by the loss of more than 80% of the deposited Au.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-03-21T04:16:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344132.pdf: 1478148 bytes, checksum: ca6847aae55bf81826a6a801f571930e (MD5) Previous issue date: 2016 / O gás amônia (NH3) é um composto odorífico apontado como um dos principais compostos nitrogenados reativos (NR). Quando presente na atmosfera afeta negativamente a qualidade ambiental. Os malefícios à saúde humana e animal, somados aos impactos odoríficos causados por este composto, fomentam o desenvolvimento de técnicas eficazes para sua remoção. A oxidação fotocatálitica representa uma nova geração de tecnologia de tratamento destrutivo. A sua aplicação na degradação de NH3 se mostra interessante, uma vez que o principal produto gerado da reação é o N2, um composto inerte ao ambiente. O objetivo deste trabalho é a degradação fotocatalítica do gás amônia em manta de poliéster com carvão ativado, impregnada com TiO2 em um reator tubular de leito fixo, com fluxo ascendente e contínuo de 30 l.h-1 e lâmpada UV-A 365 nm. A eficiência do tratamento foi avaliada segundo a porcentagem de conversão do NH3 nas seguintes condições: volumes de 9,8 cm3 e 19,6 cm3 de manta de poliéster com carvão ativado impregnadas com 2,5 g·m-2 de nanopartículas de TiO2 na fase cristalina anatase; concentrações de entrada de amônia no reator de 20 e 60 ppm; e, a influência da variação da umidade relativa, de 0% e 75%. As mantas contendo carvão ativado, com e sem deposição de TiO2, foram caracterizadas por MEV, EDS e DRX. A oxidação fotocatalítica, atingiu 100% de eficiência de degração de NH3 durante todo o perído de reação avaliado, 160 minutos, quando o sistema operou com a seguinte configuração: volume de manta de poliéster com carvão ativado e TiO2 de 9,8 cm3, concentração de entrada no reator de 20 ppm de NH3, e em regime seco.<br> / Abstract : The gas ammonia (NH3) is an odorous compound identified as one of the main reactive nitrogen compounds (NR). When volatilized into the atmosphere, it affects negatively the air quality. Hazards to human and animal health added to environmental impacts caused by ammonia promote the development of techniques and efficient odor control systems to remove this component. The photocatalytic oxidation represents a new generation of destructive treatment technologies. Its application in the NH3 degradation is interesting, once the main product generated by the reaction is N2, a compound inert to the environment. This work touches on the study of photocatalytic degradation of the gas ammonia NH3 in a polyester coat with activated charcoal impregnated with TiO2 nanoparticles (MPcadt) in a fixed bed reactor void with continuous up flow of 30 l.h-1 and UV-A light 365 nm. The treatment efficiency has been validated according to the percentage of conversion of NH3 in following conditions: volumes of 9,8 cm3 and 19,6 cm3 of polyester coat with activated charcoal impregnated with 2,5 g·m-2 of TiO2 nanoparticles in the crystalline anatase phase; ammonia inlet concentrations of 20 and 60 ppm; influence of the relative humidity variation of 0 and 75 %. Coats containing activated charcoal, with and without TiO2 deposites, have been characterized by scanning electron microscopy - energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) and x-ray diffraction (XRD). The photocatalytic oxidation reached 100% of NH3 degradation efficiency during the entire reaction period measured, 160 minutes, when the system was operating with the following configuration: polyester coat volume with activated charcoal and TiO2 of 9,8 cm3, inlet NH3 concentration in the reactor of 20 ppm , in dry conditions.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5063.pdf: 23769986 bytes, checksum: 7343d2d8233ff7fc62dac69877a2bff3 (MD5) Previous issue date: 2013-03-01 / Universidade Federal de Minas Gerais / MnWO4 and FeWO4 compounds were synthesized, employing AOT, SDS, CTAB, EG, and PEG 200 as surfactants agents, which was proved by X ray diffraction. Furthermore, these compounds were also characterized by vibrational spectroscopy in the infrared, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The SEM images showed that the morphology of the compounds of MnWO4, were changed to plates (AOT and SDS) and particles (CTAB, PEG and EG 200) when the surfactants were employed in the reaction, while the compound achieved without the use of surfactants, showed morphology of rods. The band gap values of band gap found for the compounds of MnWO4 ranged from 2.1 to 2.9 eV, while the values of "band gap" for compounds of FeWO4 were much smaller, ranging between 1.6 to 2.2 eV, and these values were lower than the values of band gap of the compounds obtained without the use of surfactants. These behaviors can be attributed to the presence of defects. The data photoluminescence in general all compounds obtained with surfactants, both of MnWO4, as those of FeWO4, showed photoluminescence intensity far greater than the reference compounds (MnWO4 and FeWO4) which can be assigned to different types of surface defects and interactions between different clusters. The photodegradation of the dyes rhodamine B and rhodamine 6G by nanocrystals MnWO4 proves ineffective, while, FeWO4 compounds were more effective, giving greater emphasis to the compounds obtained with EG and PEG 200. / Foram sintetizados compostos de MnWO4 e FeWO4, com emprego de AOT, SDS, CTAB, EG e PEG 200 como agentes surfactantes, o que foi comprovado pelos difratogramas de raios X. Ademais, esses compostos foram também caracterizados por espectroscopia vibracional na região do infravermelho, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), e microscopia eletrônica de transmissão (MET). As imagens de MEV revelaram que a morfologia para os compostos de MnWO4, foram mudadas para placas (AOT e SDS) e partículas (CTAB, EG e PEG 200) quando os surfactantes foram empregados no meio reacional, enquanto o compostos obtido sem o emprego de surfactantes, apresentaram morfologia de bastões. Os valores de band gap encontrados para os compostos de MnWO4 variaram de 2,1 a 2,9 eV, enquanto que os valores de band gap para os compostos de FeWO4 foram bem menores, variando entre 1,6 a 2,2 eV, sendo que estes valores foram menores que os valores de band gap dos compostos obtidos sem o emprego de surfactantes. Estes comportamento podem ser atribuídos à presença de defeitos. Os dados de fotoluminescência, em geral todos os compostos obtidos com surfactantes, tanto os de MnWO4, quanto os de FeWO4, apresentaram intensidade de fotoluminescência bem maior do que os compostos referência (MnWO4 e FeWO4), o que pode ser atribuído aos diferentes tipos de defeitos de superfície e diferentes interações entre os clusters. A fotodegradação dos corantes rodamina B e rodamina 6G pelos nanocristais de MnWO4 mostra-se pouco eficiente, enquanto, os compostos de FeWO4 mostraram-se mais eficientes, dando grande destaque para os compostos obtidos com EG e PEG 200.