Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-12-15T18:09:15Z No. of bitstreams: 2 Tese - Renan Gustavo Coelho de Souza dos Reis - 2017.pdf: 4714352 bytes, checksum: 44fbe05c9e14dd4aa9da6b68913e0213 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-18T13:56:38Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Renan Gustavo Coelho de Souza dos Reis - 2017.pdf: 4714352 bytes, checksum: 44fbe05c9e14dd4aa9da6b68913e0213 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-18T13:56:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Renan Gustavo Coelho de Souza dos Reis - 2017.pdf: 4714352 bytes, checksum: 44fbe05c9e14dd4aa9da6b68913e0213 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Nanoparticles of PtCu/C and PtSn/C with atomic composition of 3: 1 and Pt/C were synthesized with 20% of metal mass using the reflux method of ethanol to reduce metals and 80% of carbon mass Vulcan X 72-R of high surface area. The catalysts obtained were characterized by X-ray diffraction, X-ray dispersive energy spectroscopy and transmission electron microscopy. The results indicate that the nanoparticles have sizes between 1.5 and 8.0 nm, regular forms, with little agglomeration, with peaks related to the cubic face centered structure of Pt in all catalysts, peaks indicating the formation of Sn in the Pt3Sn / C catalyst, with no peaks indicative of the formation of Cu oxides in the Pt3Cu / C catalyst, bimetallic catalysts indicate the insertion of the less noble metal in the Pt crystal lattice. Electrochemical characterization in acidic medium indicates that all catalysts have electrocatalytic activities for the oxidation of primary alcohols (C1 to C4) and 2-propanol, and the presence of the less noble metals improves such activities, the Sn mainly by the electronic effect while the Cu by the bifunctional effect. For methanol and 2-propanol the catalyst containing Cu has better characteristics, alcohols with increase in the linear chain have the best catalyst Pt3Sn/C. For all studied alcohols the oxidation mechanisms reveal diffusional adsorption system characteristics with charge transfer reactions. / Nanopartículas de Pt3Cu/C e Pt3Sn/C com composição atômica de 3:1 e Pt/C foram sintetizadas utilizando o método de refluxo de etanol para reduzir os materiais, os materiais preparados tem 20% de massa de metal e 80% de massa de carbono Vulcan X 72-R de alta área superficial. Os catalisadores obtidos foram caracterizados por difração de raios X, espectroscopia de energia dispersiva de raios X, microscopia eletrônica de transmissão. Os resultados indicam que as nanopartículas possuem tamanhos entre 1,5 e 8,0 nm, formas regulares, pouco aglomeradas, sendo observados picos relativos a estrutura cúbica de face centrada da Pt em todos os catalisadores sintetizados, no catalisador de Pt3Sn/C evidenciou-se a inserção de Sn na rede de platina, com formação de seus óxidos, para o catalisador contendo Cu temos a incorporação do metal na rede da platina, não sendo verificados picos de óxidos de Cu. As caracterizações eletroquímicas em meio de ácido sulfúrico 0,5 molL- 1 indicam que todos os catalisadores apresentam atividades eletrocatalítica para a oxidação de álcoois primários (C1 a C4) e 2-propanol, sendo que a presença dos metais menos nobres aumenta a atividade, o Sn principalmente pelo efeito eletrônico enquanto o Cu pelo efeito bifuncional. Para metanol e 2-propanol o catalisador contendo Cu possui melhores características, álcoois com aumento na cadeia linear tem como melhor catalisador o Pt3Sn/C. Para todos os álcoois estudados os mecanismos de oxidação revelam características de sistema de adsorção difusional com reações de transferências de cargas.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Deracilde.pdf: 1882025 bytes, checksum: 498f81cb780fecdb577ee69a137f33fd (MD5) Previous issue date: 2013-02-19 / Electrocatalyst containing platinum supported on high surface area carbon Vulcan XC-72 were synthesized by the method of reduction by alcohol and tested in comparation of ethanol oxidation in acidic medium. The materials studied were Pt/C, Pt80Ir20/C, Pt80W20/C, Pt80Sn20/C and Pt60Ir10Sn30/C, using as a standard for comparison the commercial catalyst Pt/C 20% E-TEK. Physical characterization was performed using techniques Energy dispersive X-ray (EDX), X-Ray Diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM) and scanning electron microscopy for high-resolution field emission ("Field emission electron gun ") (SEM- FEG). The EDX analysis showed that the compositions theoretical synthesis are very close to the experimental values. From the results obtained by X-ray diffraction it was possible to calculate the average crystallite size and lattice parameter of the samples. All materials showed a crystalline structure characteristic of face centered cubic structure with platinum modifications of the lattice parameter as a function of added metal. Analysis of TEM and SEM-FEG provided the particle size and the distribution and dispersion in the carbon support. The results compared to electrochemical oxidation reaction of ethanol showed that the addition of different metals to platinum increased the catalytic activity of the electrodes and among the ternary materials studied showed best response under the conditions studied. / Eletrocatalisadores contendo platina, suportados em carbono de alta área superficial Vulcan XC-72, foram sintetizados pelo método de redução por álcool e testados frente à reação de oxidação de etanol em meio ácido. Os materiais estudados foram Pt/C 20%, Pt80Ir20/C, Pt80W20/C, Pt80Sn20/C e Pt60Ir10Sn30/C, utilizando-se como padrão para comparação o catalisador comercial Pt/C 20% E-TEK. A caracterização física foi realizada utilizando técnicas de Energia dispersiva de raios-X (EDX), Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Microscopia Eletrônica de varredura de alta resolução por emissão de campo ( Field emission electron gun ) (MEV-FEG). As análises de EDX mostraram que as composições teóricas para síntese são bem próximas dos valores experimentais. A partir dos resultados obtidos por difração de raios-X foi possível calcular o tamanho médio do cristalito e o parâmetro de rede das amostras estudadas. Todos os materiais apresentaram uma estrutura cristalina característica da estrutura cúbica de face centrada da platina com modificações do parâmetro de rede em função do metal adicionado. As análises de MET e MEV-FEG forneceram o tamanho de partícula bem como a distribuição e dispersão no suporte de carbono. Os resultados eletroquímicos frente a reação de oxidação de etanol mostraram que a adição de diferentes metais à platina aumentou a atividade catalítica dos eletrodos e dentre os materiais estudados o ternário mostrou melhor resposta nas condições analisadas.

Oxidação de CO dissolvido em Pt(111) e Pt(110) foi realizada em soluções de ácido sulfúrico e perclórico em eletrodo rotatório em configuração de menisco (HMRDE). O uso de diferentes soluções eletrolíticas revelou a influência do anion na cinética de oxidação. Uma vez oxidada a camada de CO adsorvido, ânions podem adsorver na superfície do eletrodo provocando mudanças na corrente estacionária em potenciais anódicos. Na varredura negativa, os ânions adsorvidos são deslocados da superfície quando a velocidade de oxidação de CO é menor que a velocidade de adsorção de CO. A carga associada a esse deslocamento foi obtida para altas velocidades de varredura, resultado semelhante aos experimentos de deslocamento espécies adsorvidas só que a baixos potenciais. A oxidação de CO dissolvido também foi realizada em superfícies escalonadas pertencente à série Pt(s)[n(111)×(111)] usando a mesma configuração dos experimentos com eletrodos de baixo índice de Miller em solução de ácido sulfúrico. O perfil voltamétrico não foi significantemente modificado pela presença de defeitos (degraus). No entanto, as curvas são deslocadas para potencias negativos com o aumento da densidade de degraus. Assim, na varredura positiva, foi observada uma relação linear do potencial de inicio de oxidação (pico de ignição) e a densidade de degraus para os eletrodos com terraços de largura superior a 5 átomos de Pt. Na varredura negativa, o mesmo comportamento foi observado no potencial onde a reação não é mais favorecida. Neste caso, o eletrodo de Pt(111) mostrou um comportamento distinto das superfícies escalonadas, devido a formação e uma ordenada camada de (bi)sulfato adsorvido O processo de adsorção de ânion foi também observada na varredura negativa sob altas velocidades de varredura, com cargas relacionadas a dessorção do ânion similares a Pt(111). Apenas para o eletrodo com terraços de largura de 3 átomos mostrou valores similares a Pt(110). Todos os resultados foram analisados em função do mecanismo de reação e o possível efeito dos degraus na formação da camada de adsorção de CO. Para finalizar, um modelo para a oxidação de CO dissolvido foi proposto usando para isso equações diferenciais que descrevem o comportamento dos processos envolvidos na reação de oxidação. Através das voltametrias cíclicas obtidas pelas simulações foi possível investigar o papel da camada de adsorção de CO, a variação das constantes de velocidade das reações envolvidas e as condições do transporte de massa na resposta eletroquímica. Os resultados mostraram que a oxidação de CO dissolvido é um processo complexo com um delicado balanço das velocidades de reações envolvidas, e o deslocamento de ânions contribui para a velocidade da reação global. / Bulk CO oxidation experiments have been carried out in sulphuric and perchloric acid solutions on Pt(111) and Pt(110) electrodes under hanging meniscus rotating disk electrode (HMRDE) configuration. The comparison between the two different electrolytic media reveals an important influence of the anion in the oxidation kinetics. Once the adsorbed CO layer has been oxidized after the ignition peak, anions are re-adsorbed on the electrode surface and the presence of these anions affects the stationary currents measured at positive potentials. In the negative-going sweep, adsorbed anions are displaced from the surface when the CO oxidation rate is lower than the corresponding CO adsorption rate. The charge associated to this displacement has been measured at high scan rates and is in agreement with that expected from the CO displacement experiments performed at low potentials. Bulk CO oxidation has been studied on platinum stepped surfaces belonging to the series Pt(s)[n(111)×(111)] using the same configuration for low indice Miller electrodes. The general shape of the voltammograms is not significantly affected by the presence of the steps. However, the curves shift towards negative values as the step density increases. Thus, in the positive going scan, a linear relationship is observed for the dependence of the potential for the ignition peak with the step density for surfaces with terraces wider than 5 atoms. In the negative going scan a similar situation is observed for the potential where the current drops to zero. In this case, Pt(111) electrode deviates from the expected behavior, because the formation of the ordered bisulfate adlayer on the electrode. The anion adsorption process is also observed by recordings the voltammograms at high scan rate. All these results have been analyzed in light of the mechanism, discussing the possible effects of the steps and the defects in the CO adlayer. A simple model for the electrocatalytical carbon monoxide bulk oxidation on a platinum electrode was studied by Mean Field Approximation simulation. Under potentiodynamic conditions, the model enabled the investigation of the role of CO adlayer, rate constants and different mass transport conditions on the macroscopic electrochemical response. The results showed that the CO bulk oxidation is a complex process with a delicate balance between the three reaction rates and the displacement of anions by CO adsorption contributes to the overall reaction rate.

Aspectos fundamentais das reações de eletrooxidação do glicerol e álcoois similares em ouro foram estudados por meio da comparação com a eletrooxidação de álcoois similares: 1-propanol, 2-propanol, propano-1,2-diol e propano-1,3-diol, além de sorbitol e glicose. Testes eletroquímicos foram feitos em soluções ácida, neutra e alcalina. Também foram realizados testes em meio alcalino com os possíveis subprodutos de oxidação do glicerol: dihidroxiacetona, gliceraldeído, glicerato, hidroxipiruvato, mesoxalato, tartronato, oxalato e formato. Por fim, os produtos de reação foram analisados por FTIR in situ e HPLC. Conforme esperado, o ouro foi praticamente inativo para todos os álcoois nos meios neutro e ácido, e muito ativo no meio alcalino. Entretanto, os dados de RDE mostraram que a formação de alcóxido não é a responsável pela atividade, como era proposto até então. Comparando a eletrooxidação do glicerol com álcoois similares, foi possível notar que a presença de hidroxilas vizinhas na molécula é a propriedade mais importante para render altas densidades de corrente (para a eletrooxidação de álcoois em geral) sobre ouro. Ela facilita a quebra das ligações C-C favorecendo a formação de produtos mais oxidados, conforme observado por FTIR e HPLC. As medidas de FTIR in situ também mostraram que pode haver neutralização e até acidificação nas proximidades do eletrodo em meio alcalino (se a concentração de base não for suficientemente alta), devido à formação de subprodutos ácidos, o que pode levar a uma mudança no mecanismo da reação. Medidas de RDE indicam que é possível controlar a seletividade dos produtos de eletrooxidação de glicerol e outros álcoois sobre ouro pela convecção artificial, entretanto, o controle pelo potencial ou concentração são limitados, conforme constatado pela análise de produtos. Os testes realizados com os subprodutos e análise de produtos permitiram refinar a rota reacional de eletrooxidação do glicerol. / Fundamental aspects of glycerol and similar alcohols electrooxidation reactions on gold were studied by comparing with similar alcohols: 1-propanol, 2-propanol, propane-1,2-diol and propane-1,3-diol, and also sorbitol and glucose. Electrochemical measurements were performed in acidic, neutral and alkaline solutions. Moreover, CV tests were performed in alkaline environment with the main possible glycerol oxidation byproducts: dihydroxyacetone, gyceraldehyde, glycerate, hydroxypyruvate, mesoxalate, tartronate, oxalate and formate. Finally, the reaction products were analyzed by in situ FTIR and HPLC. As expected, gold was practically inactive for all alcohols in acidic and neutral conditions, but highly active in alkaline medium. However, RDE data showed that the alkoxide formation is not the responsible for the high activity, as proposed until now. By comparing the glycerol electrooxidation with the other alcohols, it was possible note that the vicinal hydroxyl groups is the key property to yield the high current densities (for alcohols electrooxidation in a general way) seen on gold. It favors the C-C bonding break, that leads to more oxidized products, as seen by FTIR and HPLC data. In addition, FTIR measurements showed that neutralization and even acidification can occur near to the electrode in alkaline medium (if the base concentration is not high enough), due to the formation of acidic byproducts that can also lead to different reaction mechanism. RDE experiments indicated that it is possible to control the selectivity of glycerol and other alcohols electrooxidation products on gold by artificial convection, but control by the potential or concentration are limited, as shown by products analysis. The CV tests with byproducts and products analysis allowed to refine the glycerol electrooxidation reaction pathways.

Embora a entropia do universo evolua para um máximo, localmente, sistemas podem se odernar às custas do maior desordenamento de suas vizinhanças. Assim, a formação espontânea de padrões temporais e espaciais tem sido observada em diferentes sistemas, incluindo os eletroquímicos. Neste trabalho foram estudadas as dinâmicas oscilatórias temporais de potencial desenvolvidas durante a eletro-oxidação galvanostática de metanol e etanol em meio ácido sobre eletrodos de platina. Como a técnica galvanostática informa apenas sobre a totalidade dos processos a ocorrer na interface eletrodo/solução técnicas auxiliares devem ser empregadas em conjunto para obter informações a respeito de processos individuais. Desta forma as técnicas de espectroscopia de infravermelho in situ, em configuração de reflexão interna, e de espectrometria de massas on line foram utilizadas e permitiram alcançar as seguintes conclusões. Para a eletro-oxidação oscilatória de metanol os resultados mostraram que (i) em média, o grau de recobrimento de monóxido de carbono linearmente adsorvido (θCOL) decai continuamente ao longo do experimento oscilatório, sugerindo que um acúmulo de espécies oxigenadas adsorvidas desenvolve-se ao longo das oscilações de potencial e é o responsável pela deriva que age sobre o sistema; (ii) a variação negativa da posição da banda de COL com o aumento do potencial durante o período de indução sugere que não há formação de padrões ou ilhas de COads previamente à observação de oscilações. Já os resultados da eletro-oxidação oscilatória de etanol mostraram (i) também uma queda contínua, em média, em θCOL ao longo do tempo bem como um crescimento, em média, da população de acetato adsorvido; (ii) para a condição oscilatória estudada a produção de CO2 seguiu a mesma dinâmica temporal das oscilações de potencial, já a corrente iônica associada à produção de acetaldeído permaneceu estacionária dentro do regime oscilatório. / Although the entropy of the universe evolves to a maximum, locally systems can become ordered at the expense of greater disordering of their neighborhoods. Thus, the spontaneous formation of temporal and spatial patterns have been observed in different systems, including electrochemical ones. In this thesis, the temporal dynamics of potential oscillations developed during the galvanostatic electro-oxidation of methanol and ethanol in acid medium on platinum electrodes were studied. As the galvanostatic technique informs just about all the processes occurring at the interface electrode/solution auxiliary techniques should be employed together to obtain information about individual processes. Thus the techniques of in situ infrared spectroscopy, in configuration of internal reflection, and online mass spectrometry were used and allowed to reach at the following conclusions. For the oscillatory electro-oxidation of methanol the results showed that (i) on average, the coverage degree of linearly adsorbed carbon monoxide (θCOL) decays continuously throughout the oscillatory experiment, suggesting that an accumulation of adsorbed oxygen species develops along the oscillations and causes the drift in the system, (ii) the negative change in the band position of COL with potential increasing during the induction period suggests that there is no tendency to pattern formation or islands formation of COads prior to the observation of oscillations. Concerning the oscillatory electro-oxidation of ethanol the results showed that (i) there is also a continuous drop on average in θCOL over time as well as an increase on average in the population of adsorbed acetate, (ii) for the oscillatory condition studied the production of CO2 followed the same temporal dynamics of the oscillations of potential, while the ionic current associated with the production of acetaldehyde remained stationary inside the oscillatory regime.

[pt] O impacto dos pesticidas sobre a qualidade das águas subterrâneas tem sido objeto de preocupação de cientistas e autoridades públicas do nosso planeta. O uso intensivo de pesticidas na agricultura e a alta persistência de muitos deles tem requerido um rigoroso controle para evitar possíveis contaminações das águas subterrâneas e superficiais. O herbicida atrazina é um poluente freqüentemente encontrado nas águas subterrâneas em muitos países e foi selecionado para este estudo. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a efetividade, em escala de laboratório, da remediação de águas subterrâneas contaminadas com atrazina a partir do tratamento com ozônio produzido eletroquimicamente in situ. O anodo de β-PbO2 foi empregado na produção do ozônio por via eletroquímica e foi obtido por eletrodeposição sobre um substrato de titânio. A análise do depósito de PbO2 pela técnica de difração de raios-X confirmou apenas a presença das fases α e β do PbO2 e apontou a fase β como a principal. Foi comprovado que o aumento da corrente elétrica aumenta a taxa de produção de ozônio. Taxas de produção de O3 de 4,4; 19,5 e 39,1 mg h(-1) foram obtidas a partir de valores de densidades de correntes de 0,5, 1,0 e 1,5 kA m(-2),respectivamente. Os experimentos de degradação em batelada de uma solução de atrazina com concentração igual a 1 mg L(-1) para densidades de corrente de 0,5, 1 e 1,5 kA m(−2) mostraram que, com o aumento da densidade da corrente ocorreu um acréscimo na taxa de degradação da atrazina. Isto indica que o maior poder de oxidação do anodo, na medida em que se incrementa a corrente aplicada, é devido à maior eletrogeração dos oxidantes O3/.OH. A partir da análise cinética dos resultados obtidos nos experimentos de degradação foram obtidas boas correlações lineares quando os dados foram ajustados seguindo um modelo de pseudo-primeira ordem. As constantes cinéticas de pseudo- primeira ordem calculadas foram 6,2×10(−3), 8,8×10(−3) e 1,21×10(−2) min (−1) para 0,5, 1 e 1,5 kA m(−2), respectivamente. Os experimentos de degradação de atrazina em fluxo contínuo foram realizados numa coluna de acrílico de forma cilíndrica (26 cm x 4cm DI) preenchida com areia lavada, simulando o material do aqüífero, contendo um anodo de Ti/β-PbO2 e um catodo de Ti/RuO2. Durante os experimentos houve uma diminuição progressiva da concentração de atrazina no efluente de saída da coluna. Após 8 horas, as concentrações de atrazina na saída da coluna foram 75% e 80% menores do que a concentração de atrazina na entrada da coluna quando se aplicaram correntes de 0,4 e 0,6 A, respectivamente. Estes resultados confirmam a potencial aplicação deste tipo de estratégia de controle de plumas de contaminação e proporciona as bases para o desenvolvimento futuro desta técnica de remediação de aqüíferos. / [en] The impact of pesticides on the quality of groundwater has been the subject of scientific and public health concerns in the entire planet, especially in areas where groundwater is mainly used for human consumption. The intensive use of pesticides in agriculture and the high persistence of several of these chemicals have required a rigorous control of possible environmental contaminations, especially of drinking water sources. The herbicide atrazine is frequently detected in natural waters of many countries and was selected for investigation. A laboratory scale study on the evaluation of the effectiveness of remediation of atrazine in groundwater utilizing in situ electrochemical generated ozone was conducted. β-PbO2 was used as anode for ozone generation. β-PbO2 electrodes were prepared by electrodeposition on Ti plates. X-ray diffraction analysis confirmed that the deposit contained only the α and β PbO2 with the β phase prevailing. The electrochemical ozone production increases with incrementing the current density. The rate of ozone production during the electrolysis was 4.4, 19.5 and 39.1 mg h-1 for current densities of 0.5, 1.0 and 1.50 kAm(-2), respectively. In the experiments of atrazine degradation by electrochemically generated ozone a difference in atrazine degradation was found when the applied current density was varied. The results evidenced that the atrazine degradation rates increased with augmenting the current density. This is indicative of a greater oxidation ability of the anode with increasing the current applied due to the production of more electrogenerated active oxidant (O3/.OH). The kinetic analysis of the above results related to different reaction orders gave good linear correlations when the data was fitted with a pseudo first-order reaction rate equation. The pseudo first-order rate constants obtained were 6.2×10(−3), 8.8×10(−3), and 1.21×10(−2) min(−1) for 0.5, 0.1, and 1.5 kA m(−2), respectively. The acrylic column (26 cm x 4 cm ID) used in flow degradation experiments was packed with clean sand and contained a single set of electrodes. Two expanded titanium mesh coated with β-PbO2 and RuO2 served as anode and cathode, respectively. During the experiments the atrazine effluent concentration progressively diminished. After 8 hours of electrolysis the effluent atrazine concentration was reduced by 75% and 80% applying current densities of 0.4 and 0.6, respectively. These results confirm the potential applicability of this type of groundwater plume control strategy. The study constitutes a foundation to the future developing of this aquifer remediation technique.

Orientador: Antonio Carlos Dias Ângelo / Resumo: Com o intuito de ampliar as fontes de energia por meio de dispositivos eletroquímicos, as células a combustível, o desenvolvimento de eletrocatalisadores que sejam eficientes para a oxidação de combustíveis orgânicos, torna-se primordial. Porém, sabe-se que a eletrocátalise das reações de oxidação de combustíveis orgânicos é certamente, influenciada pelas características geométricas e eletrônicas do material anódico. O presente trabalho estudou a influência do ambiente químico do sítio de adsorção de PtSn sobre a atividade eletroquímica, frente à reação de oxidação de álcoois (etanol, etilenoglicol e glicerol) em meio alcalino. As nanopartículas de PtSn/C foram preparadas sob a configuração de intermetálico ordenado, liga metálica e core-shell suportados em carbono de alta área superficial e caracterizadas por Difração de Raios X, Energia Dispersiva de Raios X, Microscopia Eletrônica de Transmissão e Espectroscopia de Absorção de Raios X. Além disso, os materiais foram avaliados frente à reação de oxidação dos combustíveis pelas técnicas de voltametria cíclica e cronoamperometria. A partir dos resultados foram confirmadas a obtenção das estruturas cristalinas desejadas, na estequiometria 1:1, sendo ainda possível, verificar que o core-shell formado apresentou a configuração Sn@PtSn. O tamanho encontrado para os diferentes eletrocatalisadores PtSn/C, intermetálico ordenado e liga, foram de aproximadamente 2 nm, enquanto que para o core-shell foi o dobro. O material Sn@PtSn apr... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The development of efficient and stable electrocatalysts for organic fuels oxidation reaction is a crucial issue to the application of environmentally friendly electrochemical devices as fuel cells. The electrocatalysis of organic fuels oxidation reactions is surely influenced by the geometric and electronic properties of the anode materials. This work presents the investigation on the influence of the chemical environment around the adsorption surface site in PtSn materials on the alcohols electrooxidation in alkaline medium. PtSn/C nanoparticles were synthesized in three distinct configurations: ordinary alloy, ordered intermetallic and core-shell structure anchored in high surface area carbon support. The obtained materials were characterized by X Ray Diffraction, X Ray Energy Dispersive, Transmission Electron Microscopy and X Ray Absorption Spectroscopy. Furthermore, the synthesized materials were studied as anode materials towards the electrochemical oxidation of organic fuels in alkaline medium by means of the cyclic voltammetry and chornoamperometry techniques. The analysis of the collected data confirmed the aimed geometric structures and the core-shell material Sn@PtSn (ordered), in an atomic ratio 1:1 Pt to Sn. Alloy and ordered intermetallic were found to have about 2 nm diameter of the particle size while Sn@PtSn core-shell was found the double of the size. Core-shell material presented the best performance as used as anode for the electrooxidation of the ethanol,... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Industrial operations produce a notable amount of wastewaters with high concentration of chemical oxygen demand (COD), mostly consisting of organic carbon compounds. The treatment performance of electrochemical methods for organic removal and the effects of process parameters are the subject of this research. Three research tasks were performed. The first task was the removal of organic pollutants from three different industrial wastewaters using two different electrochemical methods; combined electrocoagulation + electrooxidation (EC+EO) and b) electrochemical peroxidation (ECP). Using only EC process was found to be significantly successful in removing suspended and colloidal pollutants and could remove more than 90% COD and 80% of TOC. The study showed that combined EC+EO process had better removal capability compared to ECP when operated under similar process conditions. The second task was to study the effect of the process parameters; pH, H2O2 dosage, current density, and operation time; and to optimize and estimate the best treatment conditions for the methods using Box-Behnken Design (BBD). For sugar beet wastewater, the results showed that EO could remove 75% of organics at optimum conditions of pH 5.3; current density of 48.5 mA/cm2; and operation time of 393 min. The canola oil refinery wastewater achieved more than 90% pollutant removal when the conditions were optimized at pH 5.8 – 6 with applied current density of 9.2 mA cm-2¬ run for nearly 300 min. The rate of degradation of the wastewater derived organic pollutants followed a first order kinetics for all the wastewaters investigated and the models were validated for goodness of fit with high R2. The final task was to compare treatment efficiency between the electrochemical processes. Based on the energy consumed and the performance efficiency to remove COD, sCOD, TOC and DOC in the three different wastewaters studied, EC+EO process was found suitable for the treatment of canola and sunflower oil wastewater. On the other hand, from the model prediction and the experiments conducted, EO resulted in better removal capability compared to ECP. Also, the consumption of energy by ECP was comparatively higher than EO process while taking longer time of operation for significant removal. / North Dakota Water Resources Research Institute; North Dakota Agricultural Experimental Station; Frank Bain Agricultural Scholarship

Cette thèse est centrée sur le bupirimate, utilisé dans la région de Souss Massa comme fongicide dans la culture de tomates et propose l'étude de différents aspects liés à son utilisation comme son élimination par voie électrochimique des effluents aqueux d'origine agricole et son impact environnemental dans l'atmosphère. L'étude de surveillance des résidus de pesticides sur les fruits de tomates dans cette région du Maroc proposée dans cette thèse montre que sur les 194 échantillons analysés, il y a présence de bupirimate (10%), endosulfan (7%), bifenthrine (4%), L. cyhalothrine (3%), iprodione (3%), procymidone (3%), deltamethrine (2%), tetradifon (2%), cypermethrine (1%), chlorothalonil (1%), tau-Fluvalinate (1%) et de composés dont les concentrations sont inférieures à la limite de détection (63%). Le bupirimate fortement utilisé, est donc susceptible de se retrouver dans les effluents de lavage agricole, d'où l'intérêt de l'étude de sa dégradation électrochimique en phase aqueuse. Nous avons ainsi mis en évidence que la cinétique de dégradation et les rendements de minéralisation de ce pesticide peuvent être significativement augmentés, par variation des différents paramètres expérimentaux (concentration de l'électrolyte, valeur du courant imposé, et température). Nous avons également déterminé au cours de ce travail que la constante cinétique d'oxydation du pesticide est de l'ordre de 109.10-4 min-1. Les analyses de DCO ont démontré que le taux de minéralisation par électrooxydation dépasse 70 %. Les résultats de l'étude de la minéralisation par la CPG montrent que la vitesse de l'électro-Dégradation du bupirimate est plus élevée que celle obtenue par la DCO. Le rendement d'élimination est de l'ordre de 86%. Ce résultat est confirmé par l'analyse UV. La réactivité hétérogène de bupirimate vis-À-Vis de l'ozone, en phase hétérogène, est également étudiée. Les résultats obtenus montrent que la valeur de la constante cinétique est de 3.07x10-18 cm3.molécules-1.s-1 vis-À-Vis de l'ozone. Cette valeur implique une durée de vie atmosphérique de l'ordre de quelques jours. Les spectres UV et la réactivité homogène vis-À-Vis des radicaux OH du 4-Méthylpyrimidine, de la pyrimidine, du pyrrole, et de la pyridine (produits gazeux attendus de la dégradation des pesticides), ont été déterminés. Les études cinétiques ont été réalisées dans plusieurs chambres atmosphériques. Les résultats obtenus montrent que pour les composés possédant des hétérocycles à 6 atomes, avec 1 ou 2 atomes d'azote, les constantes de vitesse avec le radical OH sont du même ordre de grandeur. La présence des atomes dans le cycle aromatique a un effet désactivant sur la réactivité de ces composés avec les radicaux OH. Par ailleurs, le composé hétérocyclique aromatique à 5 atomes est hautement plus réactif vis-À-Vis les radicaux OH. Les durées de vie atmosphériques de ces composés, déduites de nos mesures cinétiques et spectroscopiques montrent que ces espèces ont tendance à s'éliminer rapidement par les différentes voies photochimiques. / The research study discussed in this thesis concerns the determination of the kinetic rate constants of the electrochemical and heterogeneous degradations of bupirimate. In this study we report the atmospheric fate of four compound heterocyclique by ozone and OH-Radicals using the technique of a simulation chamber coupled to a different analytical system.194 samples tomato samples from an agricultural region of the souss (Agadir, Morrocco) were analyzed for bupirimate (10%) endosulfan (7%), bifenthrine (4%), L. cyhalothrine (3%), iprodione (3%), procymidone (3%), deltamethrine (2%), tetradifon (2%), cypermethrine (1%), chlorothalonil (1%), tau-Fluvalinate (1%) and the concentration of author compounds is less of limits of detection (63%).The electrochemical oxidation of bupirimate is examined by bulk electrolyses at boron doped diamond (BDD) electrode. The influence of operating conditions on the reaction trend is investigated and suitable conditions for oxidative demolition of Bupirimate are individuated. The study also presents the results from bupirimate oxidation at BDD and SnO2 anodes. The COD of bupirimate solution was observed to fall with the first-Order kinetics. We also determined during this work that the constant kinetics of pesticide is about 109.10-4 min-1. In this study, we highlighted that the kinetics of degradation and the outputs of mineralization of bupirimate could be significantly increased, by variation of the various experimental parameters (concentration of electrolyte, value of the imposed current, and concentration of pesticide). The results of mineralization showed that the speed of degradation of the bupirimate by proceeds electrochemical is higher, one has obtains an output of elimination of 84% by the analyses of chromatography.UV spectra and the homogeneous reactivity vis-À-Vis the OH group of 4-Methylpyrimidine, pyrimidine, pyrrole, and pyridine (gaseous products of expected degradation of pesticides), were determined. Kinetic studies were carried out in several atmospheric chambers. The results show that for compounds 6 atoms aromatic ring, with 1 or 2 nitrogen atoms, the rate constants with OH radicals are of the same order of magnitude. The presence of atoms in the aromatic ring has a deactivating effect on the reactivity of these compounds with OH radicals. Moreover, the heterocyclic aromatic having 5 atoms is more highly reactive with OH radicals. The atmospheric lifetimes of these compounds, derived from our spectroscopic and kinetic measurements show that these species tend to be eliminated rapidly by different photochemical ways.

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