Submitted by Morgana Silva (morgana_linhares@yahoo.com.br) on 2016-07-27T16:43:01Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1307807 bytes, checksum: 77d4794b09c164cec707cb914d2e0bfe (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-27T16:43:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1307807 bytes, checksum: 77d4794b09c164cec707cb914d2e0bfe (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Due to increasing demand in the global energy sector, research are being grounded in the pursuit of new nonpolluting energy resources. With concepts of use already well-established, solar energy has been highlighted in its capture and transformation into electricity. One way of using solar energy with great impact on energy network is the transformation through the solar cells, which are devices for direct conversion of solar energy into electricity through the photovoltaic effect. This raises a number of challenges to their development as it relates to new materials that allow greater efficiency in this transformation. Photovoltaic cells need to be efficient, stable, and its manufacturing cost must be competitive. Considering these factors, this paper presents the assembly of solar cells sensitized by titanium dioxide pigment (TiO2) most commonly found in the literature. Based on this, the solar cell has been developed using the Pechini method. The methodology is consolidated and objective, an optimization of all steps involved in the assembly process of the cells to improve the efficiency of energy conversion. To check the performance of the cell, its efficiency is calculated. This estimate requires a fill factor (FF) extracted from the I-V curve. For this purpose, Newton Rapson and Levenberg-Marquardt algorithms are used to plot the curve and find the cell parameters. The experimental results show that the cell built with an area of 6,25 square centimeters and the efficiency value η = 3.21% is effective in the transformation of solar energy into electricity. / Devido à demanda crescente no setor de energia mundial, trabalhos de pesquisas estão sendo fundamentados na procura de novos recursos energéticos não poluentes. Com conceitos de utilização já bem consolidados a energia solar tem tido destaque na sua captação e transformação em energia elétrica. Uma das formas de utilização da energia solar com grande impacto na rede energética é a transformação através das células solares, que são dispositivos de conversão direta de energia solar em energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico. Neste contexto, surgem vários desafios para o seu desenvolvimento no que se refere a novos materiais que possibilitem maior eficiência nessa transformação. As células fotovoltaicas precisam ser eficientes, estáveis e seu custo de fabricação deve ser competitivo. Considerando esses fatores, este trabalho de pesquisa apresenta a montagem de células solares sensibilizadas por corante de dióxido de titânio (TiO2) mais comumente encontradas na literatura. Baseado nisso, foi desenvolvida a célula solar utilizando o método Pechini. A metodologia é consolidada e objetiva, uma otimização de todas as etapas envolvidas no processo de montagem das células para melhorar a eficiência da conversão energética. Para verificar o desempenho da célula, calcula-se a sua eficiência. Esta estimativa necessita de um fator de preenchimento (FF) extraído da curva I-V. Para este propósito, os algoritmos de Newton Rapson e Levenberg Marquardt são aplicados para plotar a curva e achar os parâmetros da célula. Os resultados experimentais comprovam que a célula construída com uma área de 6,25 cm2 e o valor de eficiência η = 3,21 %, é eficaz na transformação da energia solar em eletricidade.

Orientador: Luis Rogério de Oliveira Hein / Banca: Carlos Eduardo Silva de Amorim / Banca: Arnaldo Homobono Paes de Andrade / Resumo: Este trabalho teve como objetivo a obtenção de pastilhas cerâmicas Al2O3/TiO2 e as caracterizações térmica e mecânica das camadas destas pastilhas. As pastilhas foram obtidas pelos processos de conformação direta com amido comercial e por prensagem. Nesta dissertação são apresentados os moldes metálicos e de polímeros para confecção dos corpos de prova para o ensaio mecânico de resistência à flexão, e para o ensaio térmico à flexão seguiram a norma ASTM C1161. Na caracterização térmica, é analisado o coeficiente de expansão térmica. na caracterização mecânica, são analisados a reistência mecânica à flexão e o valor da flecha de deformação do corpo de prova. Verificou-se que a aplicação de um gradiente de porosidade reduz as tensões residuais térmicas na pastilha. / Abstract: This work aimed the acquisition of Al2O2/TiO2 ceramic wafers and their thermal and mechanical characterization. The wafers have been obtained by starch consolidation process and pressing. In this dissertation are presented metallic and polymeric moulds to obtain the samples for mechanical and thermal tests. Mechanical tests of flexural mechanical strength and thermal tests of dilation have been achieved. The measurements of the samples for flexural mechanical strenth testing followed the ASTM C1161 standard. The thermal dilation coefficient is analyzed in the thermal characterization. In the mechanical characterization are analysed the flexural mechanical strenght and the maximum deformation arrow of the samples. A reduction of the residual thermal stresses by aplication of a gradient of porous has been verified. / Mestre

CAPES / O presente estudo teve como foco avaliar a obtenção e caracterização de fotocatalisadores a base de TiO2 imobilizados sobre vidro borosilicato. A síntese do semicondutor foi realizada segundo o método sol-gel, tendo sido utilizado um desenho multivariado fundamentado em planejamento fatorial de experimentos, para avaliar os efeitos de variáveis experimentais de interesse sobre a microestrutura, aderência e atividade fotocatalítica do material, para a qual o corante reativo Azul QR-19 e o efluente da indústria de explosivos água vermelha foram utilizados como substratos modelo. Dentre as variáveis estudadas, adição de prata (Ag), polietilenoglicol (PEG) e peróxido de hidrogênio (H2O2), foi observado que apenas a adição de prata e H2O2 resultaram em efeito significativo na influência das respostas estudadas. Após a obtenção de amostras de vidro borosilicato-TiO2-Ag segundo condições otimizadas, as mesmas foram caracterizadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) com associação com espectrômetria de energia dispersiva (EDS) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Ensaios de caracterização de microestrutura realizada através de MEV indicaram uma boa distribuição e uniformidade do material, enquanto as técnicas de EDS e FTIR confirmaram a presença nas amostras obtidas dos elementos Ag, O e Ti bem como frequências de absorção típicas em 600 cm-1 atribuída a ligação O-Ti-O. Um estudo cinético realizado com objetivo de avaliar em um intervalo de tempo maior a atividade fotocatalítica do material vidro borosilicato-TiO2-Ag, e sua eficiência para a degradação de espécies químicas nitroaromáticas constituintes de um efluente da indústria de explosivos nitroaromáticos, mostrou nas condições de estudo uma redução de demanda química de oxigênio (DQO) de 32%, redução de fenóis de 52% e descoloração superior a 98%, com degradação total dos compostos nitroaromáticos, identificados por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas. / This study focused on evaluating the obtaining and characterization of TiO2-based photocatalysts immobilized on borosilicate glass. The synthesis of semiconductor was performed according to the sol-gel method, based on a multivariate design factorial design of experiments, to evaluate the effects of experimental variables of interest on the microstructure, adhesion and photocatalytic activity of the material, for which the blue QR-19 reactive dye and the effluent from the explosives industry, red water, were used as model substrates. Among the variables studied, the addition of silver (Ag), polyethylene glycol (PEG) and hydrogen peroxide (H2O2), it was observed that only the addition of silver and H2O2 resulted in significant effect on the influence of the studied responses. After obtaining samples of borosilicate glass-TiO2-Ag second optimized conditions, they were characterized by scanning (SEM) electron microscopy associated with energy dispersive spectrometer (EDS) and infrared spectroscopy with Fourier transformed (FTIR). Microstructure characterization tests performed by SEM showed a good distribution and uniformity of material while techniques EDS and FTIR confirmed the presence in the samples of the elements silver, titanium and oxygen as well as frequencies of typical absorption at 600 cm -1 assigned connecting O-Ti-O. A kinetic study to evaluate on a larger time interval the photocatalytic activity of the material borosilicate glass-TiO2-Ag, and its efficiency for the degradation of chemical constituents nitroaromáticas species of an effluent of nitroaromatic explosives industry, showed the conditions of study a reduction of chemical oxygen demand (COD) of 32%, reduction of phenols 52% and greater than 98% discoloration, with complete degradation of nitroaromatic compounds identified by gas chromatography coupled to mass spectrometry.

CAPES / O presente estudo teve como foco avaliar a obtenção e caracterização de fotocatalisadores a base de TiO2 imobilizados sobre vidro borosilicato. A síntese do semicondutor foi realizada segundo o método sol-gel, tendo sido utilizado um desenho multivariado fundamentado em planejamento fatorial de experimentos, para avaliar os efeitos de variáveis experimentais de interesse sobre a microestrutura, aderência e atividade fotocatalítica do material, para a qual o corante reativo Azul QR-19 e o efluente da indústria de explosivos água vermelha foram utilizados como substratos modelo. Dentre as variáveis estudadas, adição de prata (Ag), polietilenoglicol (PEG) e peróxido de hidrogênio (H2O2), foi observado que apenas a adição de prata e H2O2 resultaram em efeito significativo na influência das respostas estudadas. Após a obtenção de amostras de vidro borosilicato-TiO2-Ag segundo condições otimizadas, as mesmas foram caracterizadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) com associação com espectrômetria de energia dispersiva (EDS) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Ensaios de caracterização de microestrutura realizada através de MEV indicaram uma boa distribuição e uniformidade do material, enquanto as técnicas de EDS e FTIR confirmaram a presença nas amostras obtidas dos elementos Ag, O e Ti bem como frequências de absorção típicas em 600 cm-1 atribuída a ligação O-Ti-O. Um estudo cinético realizado com objetivo de avaliar em um intervalo de tempo maior a atividade fotocatalítica do material vidro borosilicato-TiO2-Ag, e sua eficiência para a degradação de espécies químicas nitroaromáticas constituintes de um efluente da indústria de explosivos nitroaromáticos, mostrou nas condições de estudo uma redução de demanda química de oxigênio (DQO) de 32%, redução de fenóis de 52% e descoloração superior a 98%, com degradação total dos compostos nitroaromáticos, identificados por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas. / This study focused on evaluating the obtaining and characterization of TiO2-based photocatalysts immobilized on borosilicate glass. The synthesis of semiconductor was performed according to the sol-gel method, based on a multivariate design factorial design of experiments, to evaluate the effects of experimental variables of interest on the microstructure, adhesion and photocatalytic activity of the material, for which the blue QR-19 reactive dye and the effluent from the explosives industry, red water, were used as model substrates. Among the variables studied, the addition of silver (Ag), polyethylene glycol (PEG) and hydrogen peroxide (H2O2), it was observed that only the addition of silver and H2O2 resulted in significant effect on the influence of the studied responses. After obtaining samples of borosilicate glass-TiO2-Ag second optimized conditions, they were characterized by scanning (SEM) electron microscopy associated with energy dispersive spectrometer (EDS) and infrared spectroscopy with Fourier transformed (FTIR). Microstructure characterization tests performed by SEM showed a good distribution and uniformity of material while techniques EDS and FTIR confirmed the presence in the samples of the elements silver, titanium and oxygen as well as frequencies of typical absorption at 600 cm -1 assigned connecting O-Ti-O. A kinetic study to evaluate on a larger time interval the photocatalytic activity of the material borosilicate glass-TiO2-Ag, and its efficiency for the degradation of chemical constituents nitroaromáticas species of an effluent of nitroaromatic explosives industry, showed the conditions of study a reduction of chemical oxygen demand (COD) of 32%, reduction of phenols 52% and greater than 98% discoloration, with complete degradation of nitroaromatic compounds identified by gas chromatography coupled to mass spectrometry.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-10-19Bitstream added on 2014-06-13T19:39:42Z : No. of bitstreams: 1 muradorfilho_a_me_bauru.pdf: 1523059 bytes, checksum: b7492203fa42c21510e2cb2a14614f56 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O campo dos nanomateriais tem se expandido enormemente nas últimas décadas principalmente devido às suas propriedades especiais. As experiências descritas na literatura em grande gama de aplicações mostram propriedades elétricas, magnéticas, ópticas e outras, extremamente aperfeiçoadas com relação aos sisstemas macroscópios. A ciência e tecnologia trabalham atualmente com inúmeras técnicas químicas para a obtenção de óxidos e dentre elas destaca-se o Método Poliol por ser vantajoso e adequado na preparação de nanopartículas com variadas morfologias, dimensões e crisalinidade. Entretanto, poucos estudos foram realizados sobre a síntese e a caracterização de compósitos com o propósito de investigar as propriedades resultantes da possível sinergia obtida a partir da interação entre dois óxidos nanoestruturados. Este trabalho teve como objetivo a síntese e a caracterização de compósito nanoestruturado formado de dois óxidos multifuncionais: o óxido de zinco e o dióxido de titânio. Para a síntese foram utilizados o acetato de zinco dihidratado e o isopropóxido de titânio para a obtenção do ZnO e do TiO2, respectivamente. o compósito foi obtido pelo Método Poliol a partir da interrupção momentânea da síntese dos óxidos isolados seguido da mistura das soluções. O compósito, assim como os óxidos sintetizados isoladamente, foram caracterizados po9r difração de raios X (DRX), análise térmicas (TG/DTA), medidas de adsorção de gás nitrogênio (BET), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de adsorção de luz na região do ultravioleta, visível e infravermelho, espectroscopia Raman. O compósito formado pelo Método Poliol apresentou o ZnO na forma aglomerado, porém nanoestruturado, e o TiO2 após tratamento térmico de 400º C. Foi verificada ainda a presença de resíduos orgânicos nos materiais como... (Resumo completo, clicar acesso / The field of nanomaterials has expanded greatly in recent decades mainly due to its special propoerties. The experiments described in the literature in a wide variety of applications show electrical properties, magnetic, optical and others, extremely improvement properties with respect to macroscopic systems. Science a technology are currently working with numerous chemical techniques to achieve oxides and them stands out the Polyol Method to be advantageous and appropriate in the preparation of nanoparticles with various morphologies, size and crystallinity. However, few studies have been done on the synthesis and characterization of composites in order to investigate the resultants properties from possible synergy obtained from the interaction between two nanoestructured oxides. This work aimed to the synthesis and characterization nanostructured composites formed by two multifunctional oxides, zinc oxide and titanium dioxide. For the synthesis were used zinc acetate dihydrate and titanium isopropoxide to obtain the ZnO and TiO2, respectively. The composite was obtained by Polyol from the interruption of the synthesis of single oxides followed by mixing the solutions. The composite, as weell as oxides separately synthesized, were characterized by X-ray diffraction (XRD), thermal analysis (TG/DTA), meassurements of nitrogen gas adsorption (BET), scanning electron microscopy (SEM), YV-VIS and IR absorption spectroscopy and Raman spectroscopy. The composite obtained by the Polyol Method presented ZnO as agglomerate, however nanostructured, and TiO2 after heat treatment of 400ºC. It was also verified the presence of organic waste in the materials as synthesized and titanium glycolate as an intermediate in the reaction of titanium dioxide. A comparison of optical behavior, as synthesized composite formed by ZnO and titanium... (Complete abstract click electronic access below)

Ao longo do tempo, os revestimentos de fachada permanecem expostos a diversos agentes de degradação, sejam eles associados aos próprios materiais empregados ou a fatores externos. Tal exposição implica em manchas formadas a partir da deposição de partículas poluentes na superfície dos revestimentos, elevando seus custos para limpeza e manutenção. Uma vez que permanecem expostas à radiação solar, as fachadas se mostram atraentes ao uso de materiais fotocatalíticos, os quais catalizam a mineralização de agentes poluentes, transformando-os em produtos inócuos. A adição de dióxido de titânio (TiO2) a argamassas e concretos de cimento branco desenvolve superfícies autolimpantes, reduzindo a formação de manchas e mantendo sua coloração original ao longo do tempo. No entanto, a eficiência e a economia no uso de materiais fotocatalíticos em aplicações reais é fortemente afetada pela disponibilidade da radiação ultravioleta adequada para ativá-los. Portanto, o presente trabalho busca avaliar a capacidade autolimpante de argamassas e coberturas fotocatalíticas de TiO2 expostas a diferentes configurações de posicionamento no microclima urbano da cidade de Porto Alegre. Para isto, foram confeccionadas amostras de argamassa e coberturas de pasta ou argamassa contendo diferentes teores de TiO2, as quais foram manchadas com Rodamina B e lodo de cinzas da queima de eucalipto e, a seguir, expostas sob diferentes condições de posicionamento, voltadas para as orientações norte, sul, leste e oeste, à 0º, 45º e 90º. Ao longo do período de exposição, foram realizadas leituras cromáticas (sistema CIELab) na superfície das amostras, tendo em vista a descoloração dos manchamentos aplicados. Para aquelas manchadas com Rodamina B, a degradação do corante se mostrou mais eficiente nas argamassas com maiores teores de TiO2 e nas configurações de posicionamento que recebem maior incidência de radiação solar. As coberturas de pasta apresentaram valores mais elevados de variação de cor (ΔE) e refletância (L*), na comparação à aplicação do TiO2 como cobertura de argamassa ou incorporado à mistura − métodos os quais se mostraram resultados equivalentes. / Building façades are commonly exposed to polluting agents generated by vehicles and industries exhausts, which cause stains on their surfaces and increase efforts and costs both for cleaning and maintenance. Facades are attractive to photocatalytic materials usage, which transform pollutants to innocuous products. The addition of titanium dioxide (TiO2) to white cement mortars and concretes develops self-cleaning surfaces which are capable to reduce stains and maintain their original color along the time. However, efficiency and economy in the use of photocatalytic materials in real applications are strongly affected by the availability of suitable ultraviolet radiation to activate them. This thesis aims to evaluate the self-cleaning ability of TiO2-containing mortars and coatings (paste or mortar) exposed to controlled positioning settings in the urban environment of Porto Alegre, Brazil. Mortars and coatings were prepared containing different additions of TiO2 and then were soiled by Rhodamine B (RhB) or burning ashes of eucalyptus sludge. Samples were exposed under outdoor conditions facing north, south, east and west orientations, 0º, 45º or 90º slopes. During the exposure test, discoloration effect on samples' surface was monitored by colorimetric measurements (CIELab color space) using a portable spectrophotometer. A final analysis was performed at the end of the measurements, including statistical tests. Self-cleaning ability was better seen both for higher additions of TiO2 and settings which receive higher intensities of solar radiation. Cement paste coatings showed higher values both of color change and reflectance when compared to mortar coatings or TiO2 added to the mixture − which performed equivalent results.

A fotocatálise heterogênea é um processo que apresenta baixa seletividade de degradação. Nesse sentido, a síntese de materiais dotados de impressão molecular (IM) deve ajudar a contornar este problema. Os fotocatalisadores dotados de IM foram sintetizados de acordo com duas classes: uma inorgância (via diferentes rotas sol-gel e TEOS como percursor de sílica) e outra orgânica (via impressão não-covalente por precipitação e ácido metacrílico como monômero). No caso da primeira, a impressão molecular foi investigada através do uso de corante (rodamina B) e diferentes fármacos como template (substrato molde). No caso da matriz orgânica, o fármaco diclofenaco foi usado como molécula template. Os materiais foram caracterizados por análises texturais, estruturais e morfológicas. Com respeito à matriz à base de sílica, os sistemas com maiores valores de área específica foram observados pela rota ácida. Como efeito da rota, foi observado que a rota ácida apresentou um fator de seletividade 47% maior que a rota não-hidrolítica em testes de adsorção seletiva. Os resultados obtidos por análise de isotermas também convergem no sentido de revelarem que a rota ácida apresentou a maior capacidade de adsorção (997,9 mg/g) dentre as diferentes rotas de síntese pelo método sol-gel. Nos ensaios de fotocatálise (rodamina como template), foi conseguido um aumento de seletividade e competitividade na fotodegradação da rodamina de até 187% e 290%, respectivamente, comparado ao P25 (amostra comercial de TiO2). Quanto ao uso de fármacos como template em matriz inorgânica, os fotocatalisadores com impressão molecular obtiveram um aumento na adsorção e fotodegradação de até 751 e 427%, respectivamente, em comparação ao P25. Os materiais baseados em matriz orgânica também apresentaram seletividade em comparação ao P25. O valor médio do coeficiente de seletividade (estimado a partir da degradação de moléculas não-alvo, a fluxetina e o paracetamol) foi estimado em 2,8 – portanto sugerindo que a presença de cavidades tridimensionais é um dos principais fatores da seletividade observada. Com o objetivo de explorar o potencial de adsorção das cavidades de impressão molecular, os estudos dos fotocatalisadores seletivos com adição de P25 foram conduzidos de maneira a manter baixa a concentração de TiO2 (de 7 a 44 mg/L em cada teste fotocatalítico). Estudos de reuso do fotocatalisador (com e sem regeneração) também foram conduzidos. Tanto os materiais de matriz inorgânica como orgânica mantiveram em pelo menos 60% da eficiência fotocatalítica original após vários ciclos. / Heterogeneous photocatalysis is a process that has a low selectivity for degradation. In this sense, the synthesis of materials with molecularly imprinting (MI) should help to overcome this problem. The photocatalyst containing MI was synthesized according to two classes: An inorganic one (via different sol-gel routes and TEOS as silica precursor) and an organic one (via non-covalent imprinting by precipitation having methacrylic acid as monomer). In the first case, MI was investigated by use of the dye (rhodamine B) and several pharmaceutical compounds as template. In case the organic matrix, diclofenac was used as the template molecule. The samples were extensively characterized by textural, structural and morphological analysis. With respect to the silica-based matrix, the systems with larger surface area values were obtained by acid route. As effect of the route, it was observed that the acid route showed a selectivity factor 47% higher than that of the non-hydrolytic route in selective adsorption tests. Among the different synthesis routes prepared by sol-gel method, the isotherms analysis showed that acid route has the highest adsorption capacity (997.9 mg/g). Compared to the P25 (commercial sample of TiO2), the photocatalysis assays (rhodamine as the template) have shown an increase in selectivity and competitiveness up to 187% and 290%, respectively. Regarding the use of pharmaceutical as template in the inorganic matrix, the imprinted photocatalyst had an increase in adsorption and photodegradation up to 751 and 427%, respectively. The systems based on the organic matrix have also showed selectivity compared to the P25. The mean value of selectivity coefficient for degradation (estimated from the non-target molecules, such as fluoxetine and paracetamol) was estimated to be 2.8 – thus, suggesting that the presence of three-dimensional cavities is a major factor in the observed selectivity. In order to explore the full potential of adsorption from the MI cavities, the photocatalyst containing P25 were prepared with the low concentration of TiO2 (from 7 to 44 mg/L in each photocatalytic test). The reuse of photocatalysts (with and without regeneration) was also studied. Both inorganic and organic matrix retained at least 60% of the original efficiency after several cycles.

Clareamento dentário é atualmente um dos tratamentos estéticos mais requisitados na odontologia devido ao crescimento da exigência estética por parte dos pacientes. Assim, pesquisas sobre o tema tem avançado buscando aprimorar materiais e protocolos. Este estudo tem como objetivo avaliar o efeito da ação fotocatalizadora do dióxido de titânio (TiO2) ativado por luz visível adicionado à baixa e alta concentração de peróxido de hidrogênio (H2O2) e sua eficácia no processo clareador dentário diante da redução do período de aplicação. A ação fotocatalizadora do TiO2 foi avaliada utilizando uma solução de H2O2 3,5 e 35% e azul de metileno (AM). A análise de cor (ΔE) foi realizada em dentes bovinos empregando H2O2 gel 6% e 35%. As amostras foram fotoativadas durante 5min utilizando um aparelho de LED. O tempo total de de ação foi de 15min; apenas para o grupo controle aplicado em dente o total foi de 45min (H2O2 35% sem TiO2). Os grupos contendo H2O2 3,5 ou 35%, AM e TiO2 seguido de fotoativação apresentaram diferença estatísticamente significativa quando comparado com os demais grupos testados. Entretanto, quando as duas concentrações foram comparadas também houve diferença significativa, apresentando com 35% maior diminuição da concentração de AM. Nos testes realizados em dentes bovinos, 35% H2O2 gel e TiO2 não apresentaram diferença para o grupo controle. Quando a concentração (6%) e tempo de aplicação foram conjuntamente reduzidos houve diferença em relação ao controle. Porém, todos os grupos avaliados apresentaram ΔE acima de 3,3. H2O2 em alta e baixa concentração com adição de TiO2 , luz e redução do tempo de ação foram considerados efetivos para aplicação em claremento dentário. / Tooth whitening is currently one of the most requested aesthetic treatments in dentistry. Thus, research studies have attempted to improve the materials and protocols used in this treatment. This study evaluated the photocatalyst effects of visible light activated titanium dioxide (TiO2) employed in low and high hydrogen peroxide (H2O2) concentrations with a reduced application period. TiO2 effect was evaluated using seven H2O2 solutions (3.5 and 35%) and methylene blue (MB). Color analysis (ΔE) was performed on bovine teeth using H2O2 gel 6 and 35% (GH2O235%, GH2O235%+TiO2 and GH2O26%+TiO2). The samples were light activated (LA) for 5 minutes using an LED device. Total action time was 15min. For the control group (GH2O235%), the action time was 45min. Solutions containing MB, H2O2 at 3.5 or 35%, and TiO2, followed by LA, showed a statistically significant difference when compared with the other groups tested. However, when the two concentrations were compared, significant difference was also found, showing greater MB reduction for 35%. In tests employed on bovine teeth, GH2O235%+TiO2 gel showed no difference in comparison to GH2O235% (the control group). When the concentration and application time were reduced (GH2O26%+TiO2), a statistical difference was found (p<0.05). Nevertheless, all groups showed ΔE higher than 3.3. Titanium dioxide and hydrogen peroxide association was affected by light activation. Thus, high and low H2O2 concentrations showed color difference in comparison to the baseline color and did so after a shorter application period when combined with TiO2, suggesting the effectiveness of this material and being promising of use to tooth bleaching.

abstract: Nitrate is the most prevalent water pollutant limiting the use of groundwater as a potable water source. The overarching goal of this dissertation was to leverage advances in nanotechnology to improve nitrate photocatalysis and transition treatment to the full-scale. The research objectives were to (1) examine commercial and synthesized photocatalysts, (2) determine the effect of water quality parameters (e.g., pH), (3) conduct responsible engineering by ensuring detection methods were in place for novel materials, and (4) develop a conceptual framework for designing nitrate-specific photocatalysts. The key issues for implementing photocatalysis for nitrate drinking water treatment were efficient nitrate removal at neutral pH and by-product selectivity toward nitrogen gases, rather than by-products that pose a human health concern (e.g., nitrite). Photocatalytic nitrate reduction was found to follow a series of proton-coupled electron transfers. The nitrate reduction rate was limited by the electron-hole recombination rate, and the addition of an electron donor (e.g., formate) was necessary to reduce the recombination rate and achieve efficient nitrate removal. Nano-sized photocatalysts with high surface areas mitigated the negative effects of competing aqueous anions. The key water quality parameter impacting by-product selectivity was pH. For pH < 4, the by-product selectivity was mostly N-gas with some NH4+, but this shifted to NO2- above pH = 4, which suggests the need for proton localization to move beyond NO2-. Co-catalysts that form a Schottky barrier, allowing for localization of electrons, were best for nitrate reduction. Silver was optimal in heterogeneous systems because of its ability to improve nitrate reduction activity and N-gas by-product selectivity, and graphene was optimal in two-electrode systems because of its ability to shuttle electrons to the working electrode. "Environmentally responsible use of nanomaterials" is to ensure that detection methods are in place for the nanomaterials tested. While methods exist for the metals and metal oxides examined, there are currently none for carbon nanotubes (CNTs) and graphene. Acknowledging that risk assessment encompasses dose-response and exposure, new analytical methods were developed for extracting and detecting CNTs and graphene in complex organic environmental (e.g., urban air) and biological matrices (e.g. rat lungs). / Dissertation/Thesis / Ph.D. Civil and Environmental Engineering 2013

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Este trabalho apresenta um estudo do tratamento de efluente sintÃtico contendo o fÃrmaco ciprofloxacino, antibiÃtico mundialmente utilizado, atravÃs de processos de fotocatÃlise em fase heterogÃnea e adsorÃÃo em cerÃmica modificada com diÃxido de titÃnio. Primeiramente, foram testados vidro, alumÃnio e cerÃmica como meios suportes para o TiO2 (fotocatalisador) sendo posteriormente realizadas corridas de remoÃÃo do fÃrmaco em reator semicontÃnuo. A cerÃmica foi escolhida como melhor meio suporte jà que apresentou melhor resistÃncia e maior remoÃÃo do fÃrmaco devido aos processos adsortivos inerentes ao material. Fez-se necessÃrio o estudo das propriedades cinÃticas da adsorÃÃo, bem como simulaÃÃes computacionais para avaliar o processo combinado fotocatÃlise/adsorÃÃo. Foram estudadas as variÃveis de processo: concentraÃÃo inicial, vazÃo, potÃncia de radiaÃÃo ultravioleta e temperatura de sinterizaÃÃo da cerÃmica. Constatou-se que o processo de fotocatÃlise, em todos os meios suportes, seguia uma cinÃtica de primeira ordem, onde a remoÃÃo mÃdia para o vidro, o alumÃnio e a cerÃmica foram, respectivamente, 70,7%, 57,4% e 93,5%. O processo de adsorÃÃo da cerÃmica obedeceu a uma cinÃtica de pseudo-primeira ordem para as duas temperaturas de sinterizaÃÃo testadas (550 e 700ÂC) e as isotermas foram melhores ajustadas ao modelo de Langmuir. Dentre as condiÃÃes estudadas, as que atingiram maiores remoÃÃes foram vazÃo de 17,5 L.h-1, concentraÃÃo de 25 mg.L-1 (baixa), utilizaÃÃo de 4 lÃmpadas (potÃncia de 36W) e temperatura de sinterizaÃÃo de 550ÂC. Foi encontrado ainda, que para a temperatura de sinterizaÃÃo de 550ÂC o processo de difusÃo intrapartÃcula à considerado limitante, o mesmo nÃo acontecendo para a cerÃmica sinterizada a 700ÂC. Na avaliaÃÃo do processo combinado fotocatÃlise/adsorÃÃo, os resultados indicaram que a adsorÃÃo mostrava forte tendÃncia de queda na eficiÃncia em corridas consecutivas, devido, provavelmente, à saturaÃÃo dos sÃtios ativos (adsorÃÃo), porÃm o processo de fotocatÃlise auxiliava na remoÃÃo de parte do fÃrmaco adsorvido mantendo a eficiÃncia aproximadamente constante. As simulaÃÃes computacionais estimaram que a fotocatÃlise sozinha promovia remoÃÃo de 30,5% e 23% da concentraÃÃo total do ciprofloxacino, para as CerÃmicas 550 e 700, respectivamente. / This work presents a study of the physical-chemical removal of ciprofloxacin, an antibiotic used worldwide, from a synthetic effluent, through processes of heterogeneous photocatalysis and adsorption in ceramics modified with titanium dioxide. First of all, it was tested glass and aluminum pallets and ceramics spheres as TiO2 (photocatalyst) support and carried out runs in semi continuous reactor to evaluate the compound removal. The ceramics were found to be the best substrate for TiO2 due to its adsorptive and mechanical properties, making it necessary to study adsorption characteristics as well as computational simulations to evaluate the combined process. The following process variables were studied: initial concentration, inlet flow, UV radiation potency and sintering temperature of the ceramic. It was found that the average ciprofloxacin removal by glass, aluminum and ceramic were, respectively, 70.7%, 57.4% and 93.5%, and heterogeneous photocatalysis process followed a first order kinetic in all of them. In the study of adsorption properties of the ceramics, it was found that the data best fitted to the model of pseudo first order kinetic for both sintering temperatures (550ÂC and 700ÂC). Among the evaluated conditions, the ones which resulted in higher removals were: inlet flow of 17.5 L.h-1-, initial concentration of 25 mg.L-1 (low concentration), using 4 UV lamps (potency of 36 W) and sintering temperature of 550ÂC. In the adsorption process, the results showed that the intra particle diffusion was the limiting step in the adsorption of ciprofloxacin in the ceramics sintered at 550ÂC, but it is not for the ceramic sintered at 700ÂC. In the evaluation of the combined process (photocatalysis and adsorption) the results indicated that the adsorption showed a significant decrease in the removal efficiency for consecutive runs, due probably to the saturation of the active sites. However, photocatalysis process acts degrading the adsorbed ciprofloxacin, maintaining the removal efficiencies almost constants. The computational simulations estimated that the photocatalysis itself provided around 30.5% and 23% removal (from the total concentration), for the Ceramics 550 and Ceramics 700, respectively.