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.

Os nanotubos de óxido de tântalo (Ta2O5) foram sintetizados pelo método de anodização, utilizando eletrólitos ácidos contendo íons fluoretos (F-). Durante o processo de anodização, foi adotado os tempos de anodização de 5 min, 10 min 15 min e 20 min com taxa de aumento de tensão de 10V/s, temperatura do eletrólito de 40°C e tensão final de 50V e foi variado o tempo de cristalização para o Ta2O5 a temperatura final de 800°C pelo tempo de 1, 2 e 3 horas, em todas as amostras a taxa de crescimento da temperatura foi constante de 5 °C/min durante a cristalização. Esta dissertação de mestrado demonstra a síntese e caracterização do to oxido e oxinitreto de tantalo com as técnicas: microscopia eletrônica de varredura, difração de raio-x, espectrocopia difusa uv-vis, BET, e aplicação do fotocatalisador para a sintetização de hidrogênio. Tendo como material precursor nanotubos de Ta2O5 com as características que maximizam a produção de hidrogênio realizou-se o processo de nitretação dos nanotubos com o objeivo de redução do seu band gap. O procedimento foi realizado pelo método de fluxo de amônia. Para o estudo da geração do nitreto, se realizou o estudo com o processo estatístico delineamento de corpo central rotacional (DCCR), para o procedimento foi variado a temperatura de nitretação, o tempo de nitretação e a taxa de incremento da temperatura. Foi mantida constante durante o estudo a massa do catalisador e também o fluxo de amônia. Os nanotubos de oxinitretos foram caracterizados por difração de raio-x, microscopia eletrônica de varredura, BET, espetroscopia difusa UV-vis, espectroscopia de energia dispersiva. A análise estatística dos dados do planejamento fatorial sugeriram as possibilidades de sínteses mais eficientes dos onixitretos, sendo a maior características a exposição a temperatura mais alta por um tempo menor. / The nanotubes tantalum oxide (Ta2O5) were synthesized by the anodization method using acidic electrolyte containing fluoride ions (F-). During the anodizing process it was adopted the anodization time 5 min 10 min 15 min and 20 min with the rate of increase of 10V/s, electrolyte temperature 40 ° C and the final voltage of 50V and it was time varied crystallization Ta2O5 to a final temperature of 800 ° C by the time 1, 2 to 3 hours, in all samples the temperature constant growth rate was 5 ° C / min for crystallization. This dissertation demonstrates the synthesis and characterization to oxide and tantalum oxynitride with the techniques: scanning electron microscopy, X-ray diffraction, UV-vis diffuse spectroscopy, BET, and application of photocatalyst for synthesizing hydrogen. The material precursor was Ta2O5 nanotubes with features that maximize hydrogen production took place the nitriding process of the nanotubes with results in a decreasing the band gap width. The procedure was performed by ammonia flow method. To study the nitride generation, the study was conducted with statistical procedure rotational central body design (CCRD), so the procedure was varied nitriding temperature, the nitridation time and the temperature increase rate. It was kept constant during the study the mass of the catalyst and also the flow of ammonia. The oxynitrides nanotubes were characterized by x-ray diffraction, scanning electron microscopy, BET, UV-vis diffuse spectroscopy, energy dispersive spectroscopy. Statistical analysis of the experimental design data suggest the possibility for more efficient syntheses of onixitretos, with most features exposure to higher temperature for a shorter time.

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

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2019-02-25T11:49:18Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2419538 bytes, checksum: 5a19c5f0ce7bde9f77974f5153ae39e6 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-25T11:49:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2419538 bytes, checksum: 5a19c5f0ce7bde9f77974f5153ae39e6 (MD5) Previous issue date: 2018-07-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As indústrias de higiene pessoal, perfumaria e cosméticos demonstram relevância no mercado consumidor mundial e no cenário econômico brasileiro, apresentando grande diversidade de produtos fabricados. Essas indústrias são responsáveis pela geração de efluentes potencialmente poluidores, com características que podem variar conforme as matérias-primas empregadas e a diversidade de produtos fabricados. Os efluentes das indústrias de produtos capilares, por exemplo, podem apresentar em sua composição poluentes que conferem elevada toxicidade e baixa biodegradabilidade, o que dificulta seu tratamento por processos convencionais. O presente estudo teve como objetivo avaliar o desempenho de um sistema combinado de eletrocoagulação e processo oxidativo avançado como tratamento de efluentes gerados pela indústria de produtos capilares. O processo de eletrocoagulação foi investigado em diferentes condições de operação, para as variáveis pH, tempo de eletrólise e densidade de corrente, com melhores resultados de remoção da DQO e da turbidez obtidos para o tratamento realizado em pH 2, 30 min e 50 A/m2. A eletrocoagulação removeu eficientemente a DQO (88%), DBO (90%), COT (85,5%), O&G (>99,5%), surfactantes aniônicos (98,9%), turbidez (97,3%) e toxicidade aguda a Daphnia similis (99,9%) do efluente bruto. Os processos oxidativos avançados H 2 O 2 /UV e TiO 2 /H 2 O 2 /UV foram investigados em diferentes condições de operação, para as variáveis dose de H 2 O 2 , pH, tempo de irradiação e dose de H 2 O 2 , concentração de TiO 2 , tempo de irradiação, respectivamente. Os melhores resultados de remoção da toxicidade aguda foram obtidos para o processo H 2 O 2 /UV, realizado em pH aproximadamente 4, 30 min de irradiação e dose de 20 mmol/L de H 2 O 2 . O processo H 2 O 2 /UV possibilitou elevada remoção (88,4%) da toxicidade aguda remanescente no efluente previamente tratado por eletrocoagulação e moderada remoção da concentração de surfactantes aniônicos (59,5%). O sistema combinado de eletrocoagulação e processo H 2 O 2 /UV removeu eficientemente a matéria orgânica (remoção de 89,4% da DQO) e a toxicidade aguda (>99,99%), porém a CE50 quantificada no efluente tratado foi 44,8%, indicando toxicidade aguda a Daphnia similis remanescente. A geração de residuais de alumínio e peróxido de hidrogênio nos processos de eletrocoagulação e H 2 O 2 /UV, respectivamente, em concentrações que causam efeitos tóxicos, foi possivelmente responsável pela toxicidade aguda remanescente no efluente tratado. / The various sectors of the personal care products industry are highly relevant in the global consumer market, including Brazil, offering a great diversity of manufactured products. This industry is responsible for generating potentially polluting effluents, with characteristics that vary depending on the raw materials used and the variety of products manufactured. For example, the hair care products sector generates effluents containing substances with high toxicity and low biodegradability, which hinders treatment by conventional processes. This study aimed to evaluate the performance of combined electrocoagulation and advanced oxidation process for hair care products manufacturing wastewater treatment. Electrocoagulation process variables investigated included pH, electrolysis time and current density (A/m2), with better COD and turbidity removals obtained for treatment at pH 2, 30 min and 50 A/m2. Electrocoagulation efficiently removed COD (88%), BOD (90%), TOC (85.5%), oils and grease (>99.5%), anionic surfactants (98.9%), turbidity (97.3%) and acute toxicity to Daphnia similis (99.9%) from the raw effluent. The advanced oxidation processes H 2 O 2 /UV and TiO 2 /H 2 O 2 /UV variables investigated were H 2 O 2 and TiO 2 doses, pH and irradiation time. Highest acute toxicity removal was obtained for the H 2 O 2 /UV process, carried out at pH approximately 4, 30 min irradiation and 20 mmol/L H 2 O 2 . The H 2 O 2 /UV process achieved high removal (88.4%) of the acute toxicity remaining after electrocoagulation and moderate anionic surfactants removal (59.5%). The combined electrocoagulation and H 2 O 2 /UV process system efficiently removed organic matter (89.4% of COD removal) and acute toxicity (>99.99%), but the EC50 measured in the treated effluent was 44.8%, which indicates acute toxicity to Daphnia similis still remained. Generation of residual aluminum and hydrogen peroxide in the electrocoagulation and H 2 O 2 /UV process, respectively, at concentrations that cause toxic effects, was possibly responsible for the remaining acute toxicity in the treated effluent.

Dióxido de titânio com alta área superficial específica na fase anatase é considerado um material promissor para aplicações ambientais. Neste trabalho, TiO2 com boa aplicabilidade em processos fotocatalíticos e na produção de hidrogênio foi obtido pelo método com baixo consumo de energia baseado na rota dos peróxidos oxidantes combinado com tratamento solvotermal assistido por microondas. Para preparar o material, propóxido de titânio, peróxido de hidrogênio e álcool isopropílico foram utilizados. A influência do tempo, do pH e da temperatura durante a etapa solvotermal nas propriedades como morfologia, cristalinidade, composição de fase, área superficial específica e comportamento fotocatalítico foram investigados. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), análise termogravimétrica (ATG), teoria Brunauer-Emmett-Teller (BET), reflectância difusa e espectroscopia por emissão fluorescente. A fotoatividade foi determinada usando o método de decomposição do corante alaranjado de metila em luz UV-A e a produção de hidrogênio foi realizada em água usando etanol como agente de sacrifício. Com o aumento da temperatura durante a etapa solvotermal, as propriedades fotocatalíticas foram melhoradas. As nanoestruturas de TiO2 sintetizadas a 200°C e 30 min a partir deste método mostraram atividade fotocatalítica comparável ao do TiO2 P25 comercial Aeroxide©. Isso pode ser atribuído ao fato de que a energia associada a esta temperatura tenha sido suficiente para converter a maioria dos precursores em produtos cristalinos e pouca fase amorfa está presente. Foi possível produzir, com sucesso, nanoestruturas de TiO2, via método dos peróxidos oxidantes e tratamento solvotermal assistido por microondas em diferentes pHs. O material tratado em pH 1 exibiu melhor comportamento fotocatalítico na degradação da solução contendo alaranjado de metila. Aparentemente, o pH do meio não afetou significativamente a microestrutura das amostras. Foi observado uma diminuição na intensidade fotoluminescente da amostra preparada em pH ácido. Isso ocorre provavelmente porque as modificações ácidas em TiO2 favorecem eficientemente a separação das cargas, que está também relacionada com o comportamento dessa amostra durante o processo de degradação. Em relação à produção de hidrogênio, foi possível observar que a razão aumentou com o aumento do pH da solução. Isso pode ser atribuído ao aumento da concentração de OH- fisisorvidos, os quais podem participar dos processos de trapeamento das lacunas e nas reações de transferência de cargas. Por último, esses resultados foram notáveis porque foi utilizado um método de preparação com baixo consumo de energia onde apenas precursores orgânicos e baixas temperaturas foram empregados. Além disso, calcinação ou dopagem não foram necessários para alcançar tal desempenho, uma vez que, os catalisadores assim preparados exibiram boa atividade fotocatalítica na remoção de poluentes da água como o alaranjado de metila e na produção de hidrogênio. / Titanium dioxide with high specific surface area in the crystalline anatase phase is a promising material for environmental applications. In this work, TiO2 with good applicability for photocatalytic processes and hydrogen production has been obtained using the low energy consumption synthesis based on oxidant peroxide method combined with microwave-assisted low temperature solvothermal treatment. To prepare the material, titanium propoxide, hydrogen peroxide, and isopropyl alcohol were used. The influence of time, pH and temperature during the solvothermal step on properties like, morphology, crystallinity, phase composition, specific surface area, and photocatalytic behavior were investigated. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), scanning electron transmission (TEM), thermal gravimetric analysis (TGA), Brunauer- Emmett-Teller theory (BET), UV–Vis diffuse reflectance and fluorescence emission spectroscopy. Photoactivity was determined using the methyl orange decomposition method in UV-A light and hydrogen production was performed in water using ethanol as sacrificial agent. Increasing temperature during solvothermal step, photocatalytic properties could be improved. The nanostructured TiO2 particles synthesized at 200ºC and 30 min with this method showed photocatalytic activity comparable to commercial Aeroxide® TiO2 P25. This can be attributed to the fact that the energy associated with this temperature has been sufficient to convert most of precursors into crystalline products and small amount of amorphous phase is present. We successfully produced nanostructured TiO2 via the oxidant peroxide method and microwave-assisted solvothermal treatment at different pHs. The material that we treated at pH 1 exhibited better photocatalytic performance on the degradation of methyl orange solutions. It appears that the pH of the medium does not significantly affect the microstructure of the samples. It was observed a decrease in the photoluminescence intensity of the sample prepared at acidic pH. This finding likely occurred because the acidic modification of TiO2 favors efficiently separating the charge carriers, which is also related to the behavior of this sample during the degradation process. Related to hydrogen production, it was possible to observe that the rate increases with increasing solution pH. This has been attributed to the increased concentrations of physisorbed OH− groups at basic solutions, which participate in hole trapping processes and charge transfer reactions. Lastly, these results are remarkable because of the low energy consumption preparation method: only organic-metalic compounds and low temperatures were employed. Furthermore, calcination or doping was not necessary to achieve such performance, since the asprepared catalysts exhibited good photocatalytic activity on removal of pollutants from water as the methyl orange and on hydrogen production.

Considerando aspectos relacionados ao conforto térmico nas edificações e redução da demanda de energia para resfriamento, a utilização de revestimentos frios (que refletem boa parcela da radiação solar recebida e emitem calor) no envelope construtivo pode ser uma alternativa viável para alcançar estas condições. No entanto, a sua durabilidade é o caminho crítico. O presente estudo tem o objetivo de determinar a durabilidade de revestimento multifuncional que reúne as propriedades: fria e autolimpante. Para alcançar esta meta foi formulado um revestimento cimentício monocamada, com e sem a adição de pigmento, ambos com elevada refletância solar e emissividade iniciais. Para manter a refletância ao longo do tempo foi realizada a aplicação de TiO2 anatásio aos revestimentos de duas formas, na primeira as partículas foram adicionadas à matriz cimentícia, enquanto na segunda foram aplicadas superficialmente como pós-tratamento. A exposição à radiação UV proporciona a fotoativação do anatásio que possui capacidade de oxidação da matéria orgânica e alteração do ângulo de contato entre a água e a superfície, facilitando o arraste das sujidades quando esta é molhada tornando-a autolimpante. A manutenção das propriedades frias e a permanência das partículas de TiO2 sobre a superfície foram avaliadas após 6 e 12 meses de exposição natural em estações localizadas nas cidades de Ubatuba, Pirassununga e São Paulo. Após o envelhecimento observou-se a influência determinante das características dos sítios de exposição no comportamento dos materiais. Dentre as formas de aplicação do anatásio verificou-se uma melhora sutil no desempenho dos revestimentos com adição de TiO2 à matriz cimentícia em relação à aplicação superficial do pós-tratamento. O processo de lixiviação observado em ambos os revestimentos expôs as partículas encapsuladas na argamassa com adição de TiO2, enquanto no pós-tratamento houve a remoção da camada superficial de anatásio. Por esse motivo o revestimento com adição apresentou interação com a radiação UV e material a ser degradado por mais tempo. Entretanto os resultados sugeriram que o tempo de exposição foi insuficiente para afirmar este comportamento, pois os resultados são próximos entre si. / Considering aspects related to the indoor thermal comfort in buildings and reducing energy demand for cooling, the use of cool coatings (have high reflectance and emittance of solar radiation) can be a reasonable alternative to achieve these conditions. However, its durability is the critical path. This study aims to measure the durability of multifunctional coating that combines cool and self-cleaning properties. To attain this goal a single-layer cement coating was formulated, with and without pigment added, both with high initial reflectance and emissivity. To maintain these properties over time a coating of TiO2 in crystalline form of anatase was applied to the coating in two ways: in the first way, the particles were mixed to the cementitious layer, and in the second, they were applied superficially as a post-treatment layer. The exposure to UV radiation provides the photoactivation of anatase, activating the oxidation of organic matter and altering the contact angle between water and surface, facilitating the drag of dirt when wet making it self-cleaning. The performance of cool properties and the permanence of TiO2 particles on the surface were evaluated at 6 and 12 months of natural exposure in Ubatuba, Pirassununga and São Paulo. After aging the determinant influence of the sites\' exposure characteristics in the materials performances was observed. A small tendency of improved performance with TiO2 added to the cement layer was verified. In addition, it was noted that these coatings presented higher durability in comparison to the post-treatment layer due to the leaching process, which exposes encapsulated particles in the cementitious mix, providing longer interaction with UV radiation and the organic matter to be degraded. On the other hand leaching caused the partial removal of anatase in the post-treated surfaces. Despite better performance of the TiO2 added coating, the exposure time was insufficient to affirm this behavior because the results are too close to each other.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-08-10T12:27:01Z No. of bitstreams: 1 PDF - Geovânia Cordeiro de Assis.pdf: 2354639 bytes, checksum: ce1618c95a4673199ee7b5895baa2e85 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-10T12:27:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Geovânia Cordeiro de Assis.pdf: 2354639 bytes, checksum: ce1618c95a4673199ee7b5895baa2e85 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Much of the pollution potential adjunct to human activities is related to the emission of large volumes of household and industrial waste, which, even if treated by conventional methods available, have resistant and toxic chemical species that contaminate the water environment. As a result, many efforts have been devoted to the development of alternative technologies, especially the advanced oxidation processes and, in this context, for heterogeneous photocatalysis. The tin dioxide (SnO2) stands out as an excellent photocatalytic activity material. The objective was to study the photodegradation of rhodamine B mediated by UV irradiation / SnO2 and SnO2 impregnated polystyrene nanofoams in order to evaluate the use of the catalyst impregnated polystyrene nanofoams and its reuse. The nanoparticles of SnO2 were synthesized by the polymeric precursor method, based on the Pechini method, calcination temperatures investigated oxide were 700, 800 and 900 ° C. SnO2 nanoparticles were characterized by X-ray diffraction (XRD), Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS), surface area analysis (B.E.T) and Transmission Electron Microscopy (TEM). The nanoparticles of SnO2 were impregnated in nanofoams polystyrene by Thermally Induced Phase Separation mechanism (TIPS), forming the photocatalysts PS/SnO2-700; PS/SnO2-800 and PS/SnO2-900 ° C. The nanofoams PS/SnO2 were characterized by XRD, B.E.T and Scanning Electron Microscopy (SEM). The dye used for testing these photocatalysts is Rhodamine B. The tests showed the effectiveness of these catalysts in the degradation of rhodamine B dye, wherein the impregnation with the polystyrene matrix increased a little photocatalytic activity of all the catalysts and the photocatalyst that obtained the best results with 94% tin dioxide was calcined at 700 ° C and the nanofoams PS/SnO2-700 ° C with 98%. Reuse tests were made that catalyst calcined at 700 ° C powder and impregnated, where it was proven that besides having a photocatalytic activity nanofoams PS/SnO2 can be removed more easily, which facilitates the separation of solution and photocatalyst. / Grande parte do potencial poluente adjunto às atividades antrópicas está relacionado com a emissão de grandes volumes de resíduos domésticos e industriais, os quais, mesmo tratados pelos métodos convencionais disponíveis apresentam espécies químicas resistentes e tóxicas que contaminam o meio hídrico. Em função disso, muitos esforços têm sido dedicados ao desenvolvimento de tecnologias alternativas, com destaque para os processos de oxidação avançada e, dentro deste contexto, para a fotocatálise heterogênea. Dentre os óxidos metálicos aplicados na fotocatalise heterogênea, destaca- se o dióxido de estanho (SnO2) na forma nanoestruturada que apresenta propriedades que favorecem a atividade fotocatalítica. O objetivo do trabalho foi preparar nanoespumas de poliestireno e impregnar nanopartículas de SnO2 para degradação fotoquímica da Rodamina B. As nanopartículas de SnO2 foram sintetizadas através do método dos precursores poliméricos, baseado no método de Pechini, as temperaturas investigadas de calcinação do óxido foram 700, 800 e 900 °C. As nanopartículas de SnO2 foram caracterizadas através de Difração de Raio-X, Espectroscopia de Reflectância Difusa (DRS), Análise de área superficial (B.E.T) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). As nanopartículas de SnO2 foram impregnadas em nanoespumas de poliestireno através do mecanismo de Separação de Fases Induzido Termicamente (TIPS), formando os fotocatalisadores PS/SnO2-700; PS/SnO2-800 e PS/SnO2-900 °C. As nanoespumas PS/SnO2 foram caracterizadas através de DRX , B.E.T e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). O corante utilizado para os testes desses fotocatalisadores foi a Rodamina B. Os ensaios mostraram a eficiência desses catalisadores na degradação do corante rodamina B, sendo que a impregnação na matriz de Poliestireno aumentou um pouco a atividade fotocatalítica de todos os catalisadores e o fotocatalisador que obteve o melhor resultado com 94 % foi o dióxido de estanho calcinado a 700 °C, bem como a nanoespuma PS/SnO2-700 °C com 98 %. Foram feitos ensaios de reuso desse catalisador, calcinado a 700 °C em pó, e impregnado, onde foi comprovado que além de ter uma atividade fotocatalítica a nanoespuma PS/SnO2 pode ser removida com mais facilidade, o que favorece a separação entre a solução e o fotocatalisador.

Vários compostos utilizados ou produzidos pelo homem quando lançados no meio ambiente, ou mesmo em estações de tratamento de esgoto, não são facilmente degradados ou removidos. Desse modo, acabam voltando às estações de tratamento de água, que em sua maioria utilizam métodos que não são capazes de remover tais compostos, podendo até aumentar o efeito biológico destes. A detecção destes compostos é um desafio para a Química Analítica, já que ocorrem em baixas concentrações. Degradou-se uma mistura de quatro hormônios ¾ três naturais, 17 β-estradiol (E2), estrona (E1) e estriol (E3), e um sintético, 17 α-etinilestradiol (EE2) ¾ em água de abastecimento público pela fotocatálise heterogênea solar, utilizando-se o fotocatalisador dióxido de titânio suportado em um reator de placa plana operado com reciclo. Foi também desenvolvido e validado um método analítico totalmente automatizado que possibilitou detectar e quantificar baixas concentrações dos quatro hormônios. Foram obtidos limites de quantificação de 10 μg L-1, com a extração de 125 μL de amostra, com coeficiente de variação (< 20%) e exatidão (todos entre 80 a 120%) dentro dos limites aceitáveis para este tipo de análise. Foi possível verificar que a eficiência de degradação atingiu mais de 90% em menos de 4 horas para todos os hormônios. Mesmo com esse nível de degradação não foi possível a remoção da atividade estrogênica. Só houve uma redução significativa após 9 h de degradação. Possivelmente, a atividade estrogênica foi mantida pela concentração restante dos hormônios e/ou pela formação de produtos de degradação que também apresentavam atividade biológica. Alguns desses compostos foram propostos, sendo alguns conhecidos na literatura. No entanto, com as análises realizadas, não foi possível se ter certeza de que os compostos gerados no tratamento são realmente os sugeridos. / Several compounds used or produced by man, when released into the environment, or even in sewage treatment plants, are not easily degraded or removed. Thus, these compounds eventually return to water treatment plants, which mostly use methods incapable of removing them, and may even enhance their biological effect. The detection of these compounds is a challenge to Analytical Chemistry, as they occur at low concentrations. A mixture of four hormones were degraded ¾ three of them of natural origin, 17β-estradiol (E2), estrone (E1), and estriol (E3) and a synthetic one, 17α-ethinyl estradiol (EE2) ¾ in public water supply by solar heterogeneous photocatalysis, using supported titanium dioxide as the photocatalyst in a flat-plate reactor in recycling mode. A fully automated analytical method was developed and validated making it possible to detect and quantify low concentrations of the four hormones. Quantification limits of 10 μg L-1 were achieved with the extraction of a 125 μL-sample, with coefficients of variation (< 20%) and accuracy (all between 80 and 120%) were acceptable limits for this type of analysis. It was possible to observe that the degradation performance reached more than 90% in less than 4 hours for all hormones. Even with this level of degradation it was not possible to remove the estrogenic activity. There was only a significant reduction after 9 h of degradation. Possibly, the estrogenic activity was maintained by the remaining concentration of the hormones and/or by degradation by-products which still present biological activity. Some of these compounds were proposed, some of which have been already published in the literature. However, with the performed analyses, it was not possible to ascertain that the generated compounds during treatment are actually the ones here suggested.

Atualmente, a nanociência e nanotecnologia são consideradas como um campo emergente onde, continuamente, as barreiras entre as disciplinas são rompidas. Seu principal foco de estudo consiste em buscar o controle estrutural ao nível molecular, arranjando os átomos de modo a se conseguir um entendimento e controle das propriedades fundamentais da matéria. Neste estudo foram propostas modificações moleculares e, consequentemente, na morfologia, propriedades ópticas e cristalinas em filmes finos de TiO2 com o objetivo de aumentar sua eficiência fotônica. Os filmes finos de TiO2 foram preparados pelo processo sol-gel avaliando a influência de diferentes ácidos e agente direcionador para a obtenção dos arranjos nanoestruturados. A seguir, os filmes que apresentaram maior eficiência fotônica foram incorporados com nanopartículas metálicas (Au, Ag, Pd e Pt) com objetivo de minimizar os processos de recombinação eletrônica do par lacuna/elétron. Das diversas rotas estudadas, os filmes finos de TiO2 preparados com ácido acético obtiveram maior eficiência fotônica devido à pouca aglomeração dos grãos de titânia, o que pode ter favorecido uma maior exposição dos sítios fotocatalíticos. A presença do agente direcionador na formulação teve pouco efeito na eficiência fotônica, possivelmente devido à maior aglomeração dos grãos nos filmes finos de TiO2. Com a adição de nanopartículas metálicas, os filmes finos de TiO2 com nanopartículas de platina e ouro apresentaram maior eficiência fotônica. A presença de hexamina nos filmes finos de TiO2 com nanopartículas metálicas teve pouca influência na eficiência fotônica, exceto com nanopartículas de platina e ouro. A melhora da eficiência fotônica, nestes casos, pode ser atribuída a uma possível diminuição da velocidade de recombinação do par lacuna/elétron. Dessa forma, com o presente trabalho pôde-se comprovar a grande influência das condições de preparação do TiO2 nas propriedades ópticas, morfológicas e na eficiência fotônica. Futuramente, com o maior entendimento do mecanismo desta influência poder-se-ão delinear de forma mais precisas a morfologia e eficiência fotônica destes filmes finos de TiO2, conforme a aplicação a qual serão destinados. / Currently, nanoscience and nanotechnology are considered an emerging field and continuously breaking the barrier among various disciplines. The main focus of study involves controlling structures at molecular level, arranging the atoms in order to achieve an understanding and controlling the fundamental properties of matter. In this study, molecular changes on the basis of morphology, optical and crystalline properties of TiO2 thin films in order to increase their photon efficiency were proposed. The TiO2 thin films were prepared by solgel process evaluating the influence of different acids and templates to obtain the nanostructured arrangements. Then, metal nanoparticles like Au, Ag, Pd and Pt were incorporated on TiO2 thin films. This incorporation might minimize the electron-hole recombination, so it could improve the photon efficiency. From the several routes studied, the TiO2 thin films prepared with acetic acid showed the best performance by the reason of low agglomeration of TiO2 grains, which favors the exposure of the photoactive sites. The presence of template in the formulation had a slightly effect on photon efficiency, possible due to the higher agglomeration of the grains on the TiO2 thin films. The addition of Pt and Au nanoparticles on TiO2 thin films showed superior photon efficiency. The TiO2 thin films with hexamine and metallic nanoparticles did not show the improvement on photon efficiency except for Pt and Au nanoparticles. On these situations, the improvement on photon efficiency is might be due to a possible decrease at the electron-hole recombinations velocity. Thus, the present work demonstrates the great influence of preparation conditions on the optical, morphological properties and the photon efficiency. In the future, with greater understanding of the mechanism of this influence, the properties of TiO2 thin films will be able tailoring depending on the application.