Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T01:50:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Boery_MirellaNagibdeOliveira_M.pdf: 2280722 bytes, checksum: de44802a3f6daef5829060dbc3396bce (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este estudo acerca da obtenção controlada das nanopartículas e das fases cristalinas do dióxido de titânio investiga os parâmetros de deposição: fluxo de hidrogênio e oxigênio e, consequentemente, a razão dos gases H2/O2 na deposição pelo método aerossol em chamas. O objetivo é verificar a influência desses parâmetros no tamanho do cristalito, das nanopartículas e nas proporções das fases cristalinas (anatásio e rutilo) do dióxido de titânio (TiO2). Nas amostras caracterizadas são utilizadas as técnicas de difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Atualmente o semicondutor TiO2 é um material muito utilizado na fotocatálise heterogênea, por isso muitos pesquisadores tentam otimizar as suas características a fim de obter um máximo de atividade fotocatalítica desse nanomaterial. Através do método aerossol em chamas, nanopartículas de TiO2 foram produzidas pela hidrólise e oxidação do tetracloreto de titânio (TiCl4), com a razão H2/O2 variando entre 0,17 e 3,00, possibilitando estabelecer as condições ideais para se produzir anatásio ou rutilo como única fase, ou a associação de anatásio mais rutilo. Observou-se que a razão H2/O2 possui uma relação direta com as fases cristalinas do dióxido de titânio e com o crescimento dos cristalitos das nanopartículas de TiO2, sendo possível neste trabalho produzir nanopartículas de TiO2 com fase cristalina e tamanho das nanopartículas controladas sem tratamento térmico. Após o tratamento térmico os cristalitos de TiO2 não tiveram grande aumento, mas como esperado, a fase cristalina predominou o rutilo / Abstract: This study aimed to investigated the deposition parameters: flow of hydrogen and oxygen, and consequently the ratio of gases H2/O2 on deposition by flame aerosol method in order to check the influence of these parameters on the crystallite size, and proportions of nanoparticles crystalline phases (anatase and rutile) of titanium dioxide (TiO2), and the samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Nowadays semiconductor TiO2 is a material widely used in photocatalysis, because of this, many researchers try to optimize their characteristics in order to achieve maximum photocatalytic activity of this nanomaterial. Through the flame aerosol method, nanoparticles of TiO2 were produced by hydrolysis and oxidation of titanium tetrachloride (TiCl4), with reason H2/O2 ranging between 0.17 and 3.00, making it possible to establish the ideal conditions to produce pure anatase , pure rutile or association of anatase more rutile. It was observed that the reason H2/O2 has a direct relationship with the crystalline phases of titanium dioxide and the growth of crystallites of TiO2 nanoparticles, it was possible to produce nanoparticles of TiO2 with controlled crystalline phase and size of nanoparticles without heat treatment. After heat treatment, the crystallites of TiO2 have no significant increase, but as expected, the rutile crystalline phase predominated / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Edson Tomaz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T15:20:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rochetto_UrsulaLuana_M.pdf: 1487401 bytes, checksum: 7ee4393dada036765daf251f3b1f97d9 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O estudo de técnicas eficazes e economicamente viáveis para o tratamento de compostos orgânicos voláteis (COV) tem recebido maior importância nas pesquisas ambientais. Neste trabalho apresenta-se a fotocatálise heterogênea em fase gasosa para a degradação de o-xileno, n-hexano, n-octano, n-decano, metilciclohexano e 2,2,4-trimetilpentano. O sistema experimental compunha-se de um reator anular pistonado de titânio contendo um cilindro de quartzo com uma lâmpada UV de 100 W centralizada a 1,7 cm das paredes de quartzo. Um filme de dióxido de titânio (TiO2) foi imobilizado nas paredes internas do reator e utilizado como catalisador. Todas as medições foram realizadas depois que uma condição de estado estacionário foi alcançada e o monitoramento foi feito na entrada e na saída do sistema. As taxas de conversão foram estudadas em uma ampla faixa de tempos de residência obtendo-se conversão de 90% ou acima para tempos de residência a partir de 20 segundos. Durante a realização dos experimentos a temperatura da parede do reator foi monitorada e permaneceu entre 52 e 62 °C, sua influência nas taxas de degradação foi desprezível, uma vez que um experimento realizado com reator encamisado a 15 °C não alterou os resultados obtidos. O efeito da umidade relativa também foi avaliado obtendo-se uma faixa ideal de trabalho de 10 a 80%, com brusco decaimento da conversão para valores fora desta faixa. Ao variar a concentração inicial do COV entre 60 e 110 ppmv as curvas de degradação não sofreram alterações. Foi observada perda de atividade catalítica apenas para o-xileno após 30 minutos de reação sendo o catalisador reativado com solução de peróxido de hidrogênio, iluminação UV e reaplicação da camada catalítica. A cinética estudada sugere uma taxa de reação de primeira ordem e devido às baixas concentrações dos compostos utilizadas, o modelo de adsorção de Langmuir-Hinshelwood também foi aplicável. A fotocatálise heterogênea em fase gasosa demonstrou ser um processo eficaz na degradação dos COV testados, obtendo-se altas conversões para os sistemas otimizados / Abstract: The study of effective and economically viable techniques on the treatment of volatile organic compounds (VOC) has being highlighted as an important parameter on the environmental research. In this work we present an overview over the heterogeneous photocatalysis performed in gas phase towards the degradation of o-xylene, n-hexane, n-octane, n-decane, methylcyclohexane and 2,2,4-trimethylpentane. The experimental set-up was composed by a titanium plug flow reactor vessel containing a quartz tube with a 100 W UV lamp placed at center position from 1.7 cm to the quartz wall. A titanium dioxide (TiO2) film was immobilized on the internal walls of the reactor and used as catalyst. All measurements were taken after a steady state condition has been reached and evaluated at the inlet and outlet of the system. The conversion rates were studied in a wide range of residence times yielding to a 90% or above conversion as from 20 seconds of residence time. During the experiments the temperature of the reactor's wall was monitored and remained between 52 and 62 °C. The temperature influence over the degradation rates was negligible once a control experiment performed at 15 °C did not modify the outgoing results. The humidity effect was also evaluated showing an ideal working range of 10 - 80% with abrupt conversion decay outside the range. By varying the initial concentration between 60 and 110 ppmv the VOC degradation curves remained unchanged. Loss over the catalytic activity was only observed for o-xylene after 30 minutes of reaction, the catalyst was reactivated with a solution of hydrogen peroxide and UV light followed by redeposition of the catalytic layer. The kinetic study suggests a first order reaction rate and due to the low concentrations of compounds used the Langmuir-Hinshelwood adsorption model was also applicable. The heterogeneous photocatalysis in gas phase was proved to be an effective process for the degradation of the VOC tested yielding to high conversion values for the optimized systems / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores : Wilson de Figueiredo Jardim, Jose Roberto Guimarães / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-01T09:39:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Donaire_PatriciaPulciniRosvald_M.pdf: 4510494 bytes, checksum: 33569310b78db005ff253f9bb485dd16 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Pesquisas de métodos de desinfecção alternativos à cloração vem sendo desenvolvidas e dentre elas destacam-se a radiação ultravioleta e a fotocatálise heterogênea, as quais foram investigadas neste trabalho. Para tal utilizou-se um fotorreator anular comercialmente disponível, que posteriormente foi modificado de maneira que o catalisador pudesse ser introduzido no mesmo por meio de uma camisa de vidro impregnada com o dióxido de titânio ('TI¿¿0 IND. 2¿). O efluente foi bombeado em fluxo ascendente por meio de passagem única e coletado na saída para as análises físico-químicas e bacteriológicas. Foram utilizados como microorganismos indicadores as bactérias Escherichia colí e Clostridium perfringens, provenientes tanto de cepas puras como do ambiente natural. Os parâmetros monitorados nos ensaios fotolíticos e fotocatalíticos foram cor, turbidez, absortividade da água e pH. Nas águas naturais também foram avaliados remoção de coliformes totais e carbono orgânico dissolvido (COD). Os parâmetros de controle de desinfecção UV e UVITi¿0 IND.2¿ foram a dose de radiação UV, carga bacteriana pré e pós-desinfecção e tempo de residência. Os resultados demonstraram que ambos apresentam eficiências de desinfecção bastante significativas em águas contaminadas com altas concentrações de microorganismos. No processo fotolítico, 90 mWs/¿CM POT. 2¿ de dose de UV foram necessários para remover até 4 ordens de magnitude de E.colí, enquanto que no processo fotocatalítico, 120,0 a 140,0 mWs/¿CM POT. 2¿ de dose de UV foram suficientes para alcançar remoções acima de 4 ordens de magnitude para E.coli e coliformes totais. ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Some alternative disinfection methods to chlorination have been developed recently, and among these, the UV irradiation and the heterogeneous photocatalysis have deserved special attention, and were investigated in this work. For this purpose, it was utilized one commercially available annular UV-reactor, used in its original design, as well as modified in terms to accommodate a 'TI¿¿O IND. 2¿ fixed bed in the internal wall of the photoreactor. The up flow reactor worked under single pass. The fecal microorganisms Escherichia coli and Clostridium perfringens, from both pure strain and natural environments, were utilized as pollution indicator microorganisms. The parameters monitored in both photolytic and photocatalytic studies were color, turbidity, water absorbance, pH, removal of total coliform and dissolved organic carbono The control parameters of UV and UV/¿TI¿¿O IND. 2¿ disinfection were UV dose irradiation, initial and final microorganisms counting, and residence time. The results shown that both disinfection process were very efficient in waters with high concentration of microorganisms. In the photolytic process, 90 mWs/¿CM POT. 2¿ UV dose were necessary to remove up to 4 orders of magnitude of E.coli, whereas in the photocatalytic process, doses of 120 up to 140,0 mWs/¿CM POT. 2¿ were enough to remove more than 4 orders of magnitude of E. coli and total coliforms. ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil

Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-04T13:02:20Z No. of bitstreams: 2 _Dissertação_Erick_definitiva.pdf: 1573697 bytes, checksum: 6943380e245fdaf2368ad3a1ce00d608 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T13:02:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 _Dissertação_Erick_definitiva.pdf: 1573697 bytes, checksum: 6943380e245fdaf2368ad3a1ce00d608 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / ANP; FINEP / Um dos grandes desafios da indústria é buscar o desenvolvimento sustentável no processo produtivo industrial. A baixa disponibilidade de água como matéria-prima em processos produtivos e a crescente exigência da sociedade por um meio ambiente mais saudável têm impulsionado a implantação de programas de minimização do consumo de água e reutilização de efluentes líquidos. Esta prática pode contribuir de forma significativa com a preservação dos recursos hídricos naturais, inclusive com a redução da captação de águas primárias. A Petroquímica Suape, em Pernambuco, iniciou em 2013 a produção de ácido tereftálico (PTA) que é a principal matéria-prima usada na produção do politereftalato de etileno (PET), gerando grande quantidade de efluentes que são tratados por processo biológico anaeróbio seguido de aeróbio. O tratamento de efluentes industriais contendo PTA apresenta dificuldades operacionais devido à toxicidade deste composto. Os processos oxidativos avançados (POA) apresentam facilidade em degradar contaminantes orgânicos tóxicos e resistentes ao tratamento biológico porque se baseiam na geração de radicais hidroxilas que são altamente reativos e pouco seletivos. Este estudo teve como objetivo avaliar a eficácia e a cinética da degradação do ácido tereftálico com processo de fotocatálise heterogênea com radiação solar artificial em presença oxigênio e catalisador TiO2. Foi usado um reator agitado em batelada para tratar um efluente modelo contendo 20 mg L-1 de PTA, com oxigênio adicionado através de borbulhamento de ar comprimido. A análise do efluente tratado foi feita via carbono orgânico total (COT) e determinação da concentração de PTA via espectroscopia UV-visível. As melhores condições operacionais foram obtidas através de um planejamento composto central rotacional, variando-se o pH e a concentração de catalisador TiO2. Um estudo cinético foi realizado variando-se as concentrações de PTA de 20 a 90 mg L-1. Os resultados mostram que a melhor condição de operação foi obtida em pH 5,5 e concentração de TiO2 igual a 1,0 g L-1, a qual foi observada máxima conversão de COT de 93% e conversão de PTA de 98,8%, após 90 minutos de reação. A degradação fotocatalítica de PTA sobre TiO2 seguiu um modelo cinético de pseudo-primeira ordem. Os parâmetros cinéticos de Langmuir-Hinshelwood foram ajustados com um coeficiente de regressão bem satisfatório. A toxicidade do efluente modelo após tratamento foi determinada por metodologia de germinação de sementes de alface. O efluente tratado foi classificado como sendo de baixa toxicidade de acordo com critérios do IBAMA. Dessa forma o processo de fotocatálise heterogênea com TiO2 mostrou-se tecnicamente viável para o tratamento do ácido tereftálico, podendo ser usado como pré-tratamento do efluente industrial antes do tratamento biológico convencional e abrir alternativas para futuros estudos de reuso de água na indústria.

A aplicação de semicondutores no tratamento de água e efluentes líquidos é uma tecnologia de remediação ambiental promissora, em especial para poluentes orgânicos. Entre os vários semicondutores que também são fotocatalisadores, o TiO2 é amplamente usado em aplicações ambientais, por ser inerte biológica e quimicamente, ter elevado potencial de oxidação, baixo custo e estabilidade frente à corrosão. Entretanto, o TiO2 também tem algumas desvantagens, tais como: ele é excitado apenas por luz UV e requer uma operação unitária adicional (por exemplo, filtração ou centrifugação) para o reuso do catalisador. Para contornar estas limitações, usou-se um procedimento simples para a síntese de um fotocatalisador magnético (Fe3O4/TiO2) com alta área superficial específica e atividade catalítica, quando comparado com o TiO2 P25 da Evonik. O fotocatalisador foi sintetizado através de um procedimento em três etapas: (1) Partículas α-Fe2O3 foram obtidas por precipitação de uma solução de FeCl3.6H2O 0.01 mol L-1, que foi submetida a uma hidrólise forçada à 100°C por 48 h; (2) Partículas de α-Fe2O3/TiO2 foram obtidas por heterocoagulação de oxi-hidróxidos de Ti(IV) sobre as partículas de α-Fe2O3, as quais foram calcinada a 500°C por 2 h; e (3) As partículas \"casaca/caroço\" do fotocatalisador foram obtidas por calcinação a 400°C por 1 h sob atmosfera redutora (H2). A atividade fotocatalítica do material sintetizado foi avaliada aplicando-o no descoramento de uma solução do corante Azul Ácido 9 (C.I. 42090). Os efeitos do pH e da concentração de catalisador foram estimados por meio de um planejamento fatorial 22. Foi obtido um fotocatalisador com área superficial específica de 202 m2 g-1, facilmente separável do meio reacional em aproximadamente 2 min com o auxílio de um ímã. O fotocatalisador apresentou absorção em toda a região do visível. A maior remoção de cor (54%) foi obtida com pH 3,0, 1,0 g L-1 de catalisador e 2 horas de reação. / The use of semiconductors for treating polluted waters and wastewaters is a promising environmental remediation technology, especially for organic pollutants. Among the several semiconductors that are also photocatalysts, TiO2 is extensively used for environmental application, due to its biological and chemical inertness, high oxidation power, low cost, and stability regarding corrosion. However, TiO2 also has some disadvantages, such as: it is only UV-excited and requires an additional unit operation (e.g. filtration or centrifugation) for reuse purposes. In order to work around those limitations, a simple procedure for synthesizing a magnetic photocatalyst (Fe3O4/TiO2), with high specific surface area and good photocatalytic activity when compared to Evonik\'s TiO2 P25, was used. The photocatalyst was synthesized in a three-step procedure: (1) α-Fe2O3 particles were obtained, by precipitation, from FeCl3.6H2O 0.01 mol L-1, which underwent a forced acid hydrolysis at 100°C for 48 h; (2) α-Fe2O3/TiO2 particles were obtained, by heterocoagulation, of Ti(IV) oxide species on the α-Fe2O3, followed by calcination at 500°C for 2 h; and (3) The core/shell photocatalyst particles were obtained by calcination the α-Fe2O3/TiO2 particles at 400°C for 1 h under reducing atmosphere (H2). The photocatalytic activity of the synthesized material was assessed by the color removal of an Acid Blue 9 (C.I. 42090) dye solution. pH and catalyst dosage effects were estimated by a 22 factorial design. Fe3O4/TiO2 core/shell particles with specific surface area of 202 m2 g-1were obtained. They were easily separated from the reaction medium, in approximately 2 min, with the aid of a magnet. The photocatalyst absorbed radiation throughout the visible spectrum. The greatest color removal (54%) was achieved with pH 3.0, 1.0 g L-1 of photocatalyst, and 2 h of reaction.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The optimization of the synthetic route of titanium dioxide nanoparticles doped with nitrogen was carried out in order to obtain photocatalysts with improved photocatalytic activity. Thereby, from the synthesized photocatalysts was possible to reach about 100% discoloration and 64% mineralization of Ponceau 4R (P4R) dye. Both doped (with largest and smallest photocatalyitc activity) and undoped catalysts were analyzed by X-ray diffraction showing the predominance of the crystalline anatase phase. Besides, using the Rietveld method, the results showed 17.3% of brookite phase in the undoped oxides. By further analysis of diffuse reflectance spectroscopy was observed that doped catalysts presented slight shift on absorption band to the visible region, highlighting the best photocatalyitc activity of the oxide with a band gap of 3,29 eV. This oxide (K1) exhibited specific area of 63.03 g/m2 while the oxide with lower photocatalytic activity (K2) exhibited a specific area of 12.82 g/m2. The Raman spectroscopy analysis showed that doped samples are more ordered than no doped, and vibrational modes related to nitrogen was not observed. Infrared spectra showed that calcination of the doped oxides leads to considerable loss in nitrogen content, and this is corroborated by the XPS measurements. Photocatalytic assays were carried out on laboratory scale using K1 catalyst in order to optimize the mineralization of P4R. Thus, the substrate concentration, catalyst concentration and pH of reaction medium were evaluated and the best result was 85% mineralization using 15 mg/L of P4R, 100 mg/L of catalyst and pH 6.4. Additional photocatalytic tests were conducted under solar radiation showing that doping increases photocatalytic activity under UV-A and visible irradiation, since 600 kJ of accumulated UV-A radiation (referring to 9 minutes of reaction time in bench scale) proved to be enough to reach 100% mineralization of dye using doped catalyst against 77% mineralization using undoped catalyst. / Com a finalidade de obter um fotocatalisador com atividade fotocatalítica melhorada otimizou-se a rota de síntese para a obtenção de nanopartículas de dióxido de titânio dopado com nitrogênio. A partir deste procedimento foi possível obter um fotocatalisador capaz de descolorir em 100% o corante Ponceau 4R (P4R), e mineralizar 64% sua carga orgânica. Os catalisadores que apresentaram a maior e menor atividade fotocatalítica, e o óxido não dopado foram analisados por difração de raios-X, que mostrou a predominância da fase cristalina anatase nos óxidos dopados. Além disso, no óxido não dopado, além da fase anatase constatou-se, usando o método de Rietveld, a presença de 17,3 % da fase broquita. Por espectroscopia de reflectância difusa observou-se, para os óxidos dopados, um pequeno deslocamento da absorção de luz para a região do visível, com destaque para o óxido com a maior atividade fotocatalítica, que apresentou um band gap de 3,29 eV. Este óxido, (K1), apresentou área específica de 63,03 g/m2, enquanto que para o de menor atividade fotocatalítica, (K2), foi de 12,82 g/m2. Por espectroscopia Raman verificou-se que as amostras dopadas são mais ordenadas que a amostra não dopada. Por outro lado, não foram observados modos vibracionais relacionados ao nitrogênio. Os espectros de infravermelho mostraram que a calcinação dos óxidos dopados causa uma perda considerável no conteúdo de nitrogênio, o que é confirmado por medidas de XPS. Para o catalisador K1 foram realizados experimentos em escala de laboratório com o intuito de otimizar as condições reacionais para a mineralização do P4R. Foram avaliados o efeito da concentração do substrato, concentração do catalisador e pH do meio reacional, onde os melhores resultados (85% de mineralização) foram obtidos utilizando-se 15 mg/L do P4R, 100 mg/L do catalisador, em pH 6.4. Os testes fotocatalíticos feitos sob irradiação solar evidenciaram que a dopagem amplia a atividade fotocatalítica sob irradiação no UVA e visível, já que com 600 kJ m-2 (equivalente a 9 minutos de reação nos experimentos em escala de bancada) de radiação UV-A acumulada, 100% do corante foi mineralizado com o catalisador dopado, e apenas 77% com o seu similar não dopado. / Doutor em Química

Este trabalho descreve a síntese de semicondutores a base de bismuto [Bi2O3, BiOX (X= Cl, Br ou I)] e óxidos de ferro (FexOy), a modificação por tratamento hidrotérmico e a formação de compostos híbridos de BiOX e Bi2O2CO3 ou Fe3O4 e a aplicação destes na degradação fotocatalítica de soluções de rodamina B e de fenol. A formação de vacâncias de oxigênio (VO) em estruturas de BiOCl e Bi2O2CO3 foi promovida por processo de sonicação. Os diferentes oxihaletos de bismuto, polimorfos de óxidos de bismuto e de óxidos de ferro foram precipitados pela elevação de pH do meio precursor utilizando soluções aquosas de monoisopropanolamina (MIPA), diisopropanolamina (DIPA), triisopropanolamina (TIPA), hidróxidos de sódio, potássio ou de amônio. Por meio de caracterização das propriedades físico-químicas, estruturais e morfológicas foram propostos mecanismos atentando-se a participação da base utilizada para formação e atividade catalítica dos compostos. Foram obtidas as fases α-Bi2O3 quando utilizado bases minerais e MIPA e γ-Bi2O3 utilizando-se TIPA, fases amorfas ou mistas foram obtidas com as demais bases. Os oxihaletos de bismuto se formaram independente da base utilizada na precipitação, apresentando diferenças estruturais. O processo de sonicação levou a formação de VO em estruturas de BiOCl e Bi2O2CO3 que foi verificado por Raman e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X. Na precipitação de íons Fe2+ a utilização de MIPA levou à formação de magnetita, enquanto as demais bases levou a formação de misturas de óxidos de ferro. O tratamento hidrotérmico levou a híbridos de BiOX e magnetita, que apresentaram comportamento magnético, e de BiOCl e Bi2O2CO3, além de oxibrometos ricos em bismuto. Todos os materiais apresentaram atividade fotocatalítica na degradação de soluções de fenol e/ou rodamina B, as caracterizações de espectroscópicas, área superficial e potencial Zeta foram utilizadas para explicar as diferenças nestas atividades. / This study describes the synthesis of semiconductors based on bismuth [Bi2O3, BiOX (X = Cl, Br or I)] and iron oxides (FexOy), the modification by hydrothermal treatment and the formation of hybrids of BiOX and Bi2O2CO3 or Fe3O4, and the application of the materials to the photocatalytic degradation of rhodamine B and phenol solutions. The formation of oxygen vacancies (VO) in the structures of BiOCl and Bi2O2CO3 was promoted by a sonication process. The different bismuth oxyhalides, polymorphs of bismuth oxides and iron oxides were precipitated by raising the precursor pH level using aqueous solutions of monoisopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA), triisopropanolamine (TIPA), sodium, potassium or ammonium hydroxides. By performing the characterization of physico-chemical, structural and morphological properties, mechanisms were proposed considering the participation of the base on the formation of the compounds and their catalytic activity. The α- Bi2O3 phase was obtained when mineral bases and MIPA were used; the γ- Bi2O3 was formed when using TIPA; amorphous or mixed phases were obtained when using the other bases. Bismuth oxyhalides were formed independently of the base used for precipitation, showing structural differences. The sonication process led to the formation of VO in structures of BiOCl and Bi2O2CO3which was verified by Raman and X-ray excited photoelectron spectroscopies. For Fe2+ ion precipitation, the use of MIPA led to the formation of magnetite, while the other bases led to the formation of mixtures of iron oxides. The hydrothermal treatment led to hybrids of BiOX and magnetite, which presented magnetic behavior, and BiOCl and Bi2O2CO3, in addition to bismuth-rich oxybromides. All the materials showed photocatalytic activity in the degradation of phenol and / or rhodamine B solutions. Characterization techniques such as spectroscopy, surface and Zeta potential were used to explain as the different photocatalytic activities.

Neste trabalho, filmes planos de polipropileno (CPP) cobertos com nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) foram feitos a partir da metodologia spray coating, facilmente reproduzida para a imobilização das nanopartículas de titânia nos suportes de polipropileno (PP). O tratamento superficial dos filmes CPP com plasma de nitrogênio (N2) e oxigênio (O2) foi utilizado com sucesso para a produção de polipropileno revestido com TiO2 com excelente estabilidade mecânica do revestimento, assim como atividade fotocatalítica / de autolimpeza como evidenciado pelos testes com corante cristal violeta (CV). Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia confocal à laser de varredura (MCLV) foi utilizada para observar a morfologia de superfície / das fibras e topografia. A presença do revestimento de titânia foi confirmada por espectroscopia de emissão de raios-x com detecção dispersiva de energia (EDX). Tanto o tratamento com plasma como o carregamento significativo de revestimento de titânia resultam em maior hidrofilicidade, como observado pelas medidas de ângulo de contato estático em água. Os filmes CPP revestidos foram testados quanto à sua atividade fotocatalítica contra o corante CV. Os espectros eletrônicos no UV-vis mostraram que a eficiência da atividade fotocatalítica das amostras foi afetada pela quantidade de titânia. A fotoestabilidade do PP revestido com titânia foi medida por ressonância paramagnética eletrônica (RPE), uma vez que esta técnica é capaz de detectar pequena quantidade de radicais livres formados durante a precoce etapa de oxidação do polipropileno. Observa-se a partir das medições de RPE que o polipropileno tratado com plasma gerou as mesmas espécies de radicais livres que foram produzidas durante a radiação UV do polipropileno revestido e não-revestido. Entretanto, aumentando o número de ciclos de deposição da titânia a quantidade relativa de radicais livres diminui, sem perda de atividade fotocatalítica. Portanto, a metodologia empregada se mostrou eficiente para produzir uma superfície fotoativa/autolimpante no polipropileno revestido com dióxido de titânio, levando à diferentes aplicações neste campo, como por exemplo sistemas de filtragem de ar/água, remoção de poluentes orgânicos, produtos termoplásticos com características antibacterianas para uso doméstico e hospitalar, dispositivos de autolimpeza, entre outros. / Cast polypropylene (CPP) films were coated with titanium dioxide (TiO2) nanoparticles by na easily scaled-up spray coating methodology. The O2 and N2 plasma surface treatment of polypropylene was successfully used to produce TiO2-coated polypropylene with outstanding mechanical stability of the coating, as well as photocatalytic/self-cleaning activity toward crystal violet dye. Scanning Electron Microscopy and Confocal Scanning Laser Microscopy were used to observe surface / fibers morphology and topography. The presence of titânia coating was confirmed by X-ray Emission Spectroscopy with Energy Dispersive Detection (EDX). Titania coating results on higher hydrophilicity, as observed by measurements of static water contact angle. The CPP films were tested for their photocatalytic activity against Crystal Violet dye (CV). The UV/Vis electronic spectra showed that the photocatalytic activity efficiency of TiO2-coated CPP film was affected by both the plasma treatment and the titânia amount. The photostability of the titania coated polypropylene was measured by Electron Paramagnetic Resonance (EPR) since this technique is capable to detect tiny amount of free radicals formed during the early oxidation step of the polypropylene. It was observed from EPR measurements that the plasma treated polypropylene generated the same free radicals species that were produced during UV irradiation of the uncoated and TiO2-coated polypropylene. However, by increasing the number of deposition cycles of the titania the relative amount of free radicals decreases without loss of the photocatalytic activity. Therefore, the essayed methodology has been proved efficient to produce photoactive/selfcleaning surface of titania coated polypropylene, leading to different applications in this field, as water/air filtration systems, organic pollutant removal, hospital and domestic thermoplastic goods with antibacterial features, self-cleaning devices and others.

Este estudo propôs uma avaliação do papel dos três principais parâmetros clássicos da síntese do nitreto de carbono grafítico: temperatura final, tempo de permanência na temperatura final e taxa de aquecimento. Realizou-se a otimização da síntese, via metodologia de superfície de resposta, usando-se como variável-resposta a degradação fotocatalítica de um poluente-modelo (tartrazina). A significância estatística dos fatores foi confirmada, com 95% de confiança. Em seguida, um modelo de segunda ordem foi ajustado às melhores respostas e, no ponto de máxima degradação, as condições foram: 605oC por 183 min, com taxa de aquecimento de 5oC min-1. A taxa de degradação com o fotocatalisador sintetizado foi aproximadamente três vezes maior que a da fotólise. As amostras da região de melhores respostas foram analisadas em uma série de experimentos de caracterização, sendo eles: difratometria de raios X, espectroscopia na região do infravermelho médio, área superficial específica, microscopias de varredura (MEV e MEV-FEG), potencial zeta e espectroscopia de reflectância difusa na região do ultravioleta-visível. O fotocatalisador com maior atividade apresentou menor energia de band gap e maior área superficial especifica do que as relatadas na literatura (2,59 eV e 29,5 m2 g-1, respectivamente). Foram criadas heteroestruturas entre o fotocatalisador sintetizado e o trióxido de tungstênio. A partir de uma série de caracterizações básicas, confirmou-se a formação da heteroestrutura. Com essa heteroestrutura, a taxa de degradação foi aproximadamente cinco vezes maior que a com o nitreto de carbono grafítico. / This study proposed an assessment of the role of the three major classical parameters for synthesizing graphitic carbon nitride: final temperature, residence time at the final temperature and heating rate. The synthesis was optimized, via response surface methodology, using the photocatalytic degradation of a model pollutant (tatrazine) as the response-variable. The statistical significance of the factors was confirmed, within 95% confidence level. Afterwards, a second-order model was adjusted to the better responses and, at the maximum degradation point, the conditions were: 605oC for 183 min, with heating rate of 5oC min-1. The degradation rate with the synthetized photocatalyst was approximately three times greater than the photolytic one. The samples from the better response region were analyzed in a series of characterization experiments: X ray diffractometry, mid-infrared spectrometry, specific surface area, scanning electron microscopy (SEM and FEG-SEM), zeta potential, and ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy. The most active photocatalyst showed smaller band gap energy and greater specific surface area than the ones reported in literature (2.59 eV and 29.5 m2 g-1, respectively). Heterostructures were formed between the synthetized photocatalyst and tungsten trioxide. A series of basic characterization techniques confirmed the heterostructure formation. Using this heterostructure, the degradation rate was approximately five times greater than the one with graphitic carbon nitride.

Atualmente necessitam-se de processos de tratamento de efluentes que sejam mais sustentáveis em longo prazo, e com isso estão sendo desenvolvidos os processos oxidativos avançados (POAs). Estes processos apresentam a capacidade de mineralizar os poluentes, sem apenas transferi-los de fase, como ocorre com muitos métodos de tratamentos convencionais. A mineralização de poluentes, ou seja, a transformação de contaminantes orgânicos em dióxido de carbono, água e ânions inorgânicos, se baseia em reações de degradação que envolvem a geração de espécies altamente oxidantes, tais como o radical hidroxila (•OH). Durante o processo de fabricação, uma determinada quantidade de corante sempre é perdida e com frequência causa problemas ambientais. Os corantes afetam a natureza da água e inibem a penetração da luz solar nos rios reduzindo as suas atividades fotossintéticas. Devido a isso, os efluentes de indústrias que utilizam corantes em seus processos de produção necessitam de tratamentos adequados para a remoção desses contaminantes. Estudou-se então a aplicação da fotocatálise heterogênea (utilizando-se o TiO2 como fotocatalisador) com o objetivo de remover a cor de um efluente sintético contendo corantes de uma indústria de cosméticos (D&C Vermelho 6, Carmim e D&C Laranja 5). Para tal, realizou-se um planejamento experimental 23 em que se encontrou como ponto ótimo de tratamento os valores de 7,0, 0,5 g L-1 e 25°C para pH, concentração de TiO2 e temperatura, respectivamente, obtendo-se uma remoção de cor de 80% com 15 minutos de irradiação. Os experimentos cinéticos mostraram que a fotocatálise heterogênea segue um modelo de ordem 0,5 com constante de velocidade k = (7,2 ± 1,2) × 10-2 min-1 e R2 = 0,997. A fotólise segue um modelo de ordem 1, com constante de velocidade k = (8,9 ± 2,5) × 10-3 min-1 e R2 = 0,977. A diminuição dos valores de DQO, em aproximadamente 80%, demonstra que o efluente foi efetivamente oxidado. O valor encontrado na relação DQO/DBO5,20 para o efluente inicial demonstra que este não é biodegradável, porém após o tratamento, esta relação mostra que o efluente se tornou biodegradável. A remoção de COD, ou seja, a mineralização do efluente foi de aproximadamente 70% com 30 minutos de tratamento. Os valores encontrados de MOC confirmam o já descrito pela DQO, que o efluente foi realmente oxidado pelo tratamento. O efluente bruto apresentou uma leve ecotoxicidade enquanto que após o tratamento não houve ecotoxicidade alguma. Conclui-se com esse estudo que o método da fotocatálise heterogênea removeu a cor do efluente, tornou-o mais biodegradável, removeu sua ecototoxicidade e o mineralizou. / Currently, wastewater treatment processes that are more sustainable in the long term are needed, thus leading to the development of the advanced oxidation processes (AOPs). Those processes have the ability to mineralize pollutants, instead of just transferring them from one phase to another, as it is the case with many conventional treatment methods. The mineralization of pollutants, i.e. the transformation of organic contaminants into carbon dioxide, water and inorganic anions, is based on degradation reactions involving the generation of highly oxidizing species such as hydroxyl radical (•OH). During the manufacturing process, a certain amount of dye is always lost and often causes environmental problems. The dyes affect the nature of water and inhibit the penetration of sunlight into rivers, thus reducing their photosynthetic activity. Because of this, the wastewaters from industries that use dyes in their production processes require appropriate treatment for the removal of these contaminants. Therefore, it was studied the application of heterogeneous photocatalysis (using TiO2 as the photocatalyst) in order to remove the color of a synthetic wastewater containing dyes of the cosmetics industry (D&C Red 6, Carmin, and D&C Orange 5). For that purpose, an experimental design 23 was used and an optimal treatment condition was found: 7.0, 0.5 g L-1 and 25°C for pH, concentration of TiO2 and temperature, respectively, resulting in a color removal of 80% with 15 minutes of irradiation. Kinetic experiments showed that the heterogeneous photocatalysis follows a 0.5 order model, with a constant k of (7.2 ± 1.2) × 10-2 min-1 and R2 of 0.997. Photolysis followed a first order model, with a constant k of (8.9 ± 2.5) × 10-3 min-1 and R2 of 0.977. The COD decrease of approximately 80% shows that the effluent was effectively oxidized. The initial COD/BOD5, 20 ratio demonstrates that the effluent is not biodegradable, but after treatment, that ratio indicated that the effluent became biodegradable. The DOC removal, i.e. the mineralization of the effluent was approximately 70% with 30 minutes of treatment. The MOC confirmed that the effluent was actually oxidized by the treatment. The raw effluent had a slight ecotoxicity while after treatment it became non-toxic. It could be concluded that heterogeneous photocatalysis was able to remove the color of the effluent, to increase its biodegradability, to remove its ecotoxicity and to mineralize it.