Este trabalho teve como objetivo estudar a fotocatálise heterogênea com Ti'O IND.2' no tratamento de esgoto sanitário secundário, visando a oxidação da matéria orgânica e desinfecção. A luz solar foi utilizada como fonte de radiação. O reator fotocatalítico consistiu de placa de vidro (aproxidamente 0,48 'M POT.2') sobre a qual foi fixado o catalisador (10 g/'M POT.2'). Foi avaliada a influência de parâmetros operacionais (vazão e ângulo de inclinação do fotorreator) na eficiência do processo. As vazões de estudo foram 15; 22,5 e 30 L/h, e os ângulos de inclinação em relação à horizontal foram 2, 12 e 22 graus. Os experimentos foram realizados com dois tipos de efluentes. O primeiro (efluente 1) foi de reator anaeróbio compartimentado tratando esgoto doméstico e o segundo (efluente 2) de reator anaeróbio/aeróbio de leito expandido com meio suporte constituído de carvão ativado que trata o esgoto do Campus I da USP/São Carlos e de contribuições domésticas. Os ensaios foram do tipo batelada com recirculação do esgoto durante 4 horas. Também foi avaliada a fotólise (ensaio apenas com radiação solar) e adsorção do catalisador (ensaio sem luz e com Ti'O IND.2') na oxidação de matéria orgânica e na desinfecção. Foram avaliadas as remoções de matéria orgânica (DQO e COT) e de microrganismos indicadores de contaminação fecal (Clostridium perfringens, coliformes totais, E. coli e colifagos). Os resultados indicaram que a fotocatálise heterogênea foi mais eficiente como método de desinfecção que a fotólise. A resistência dos microrganismos ao processo Ti'O IND.2'/UV, em ordem decrescente, foi: Clostridium perfringens, coliformes totais, E. coli e colifagos. As melhores condições operacionais para inativação de microrganismos no efluente 1 foram: 'alfa' = 2 graus e Q = 22,5 L/h. O ângulo de inclinação da placa teve maior influência na oxidação de COT do efluente 2 do que a vazão. As características físico-químicas dos efluentes tiveram papel importante no resultado final da fotocatálise heterogênea, tanto na oxidação de matéria orgânica como na desinfecção. A concentração inicial de E. coli exerceu maior influência na desinfecção fotocatalítica do que a radiação solar, para as condições dos ensaios realizados. Os reatores de placa plana com Ti'O IND.2' imobilizado, quando expostos à luz solar, devem ser vedados para evitar evaporação excessiva / The heterogeneous photocatalysis with Ti'O IND.2' and solar radiation in secondary wastewater treatment to remove organic matter and microorganisms was investigated. A glass plate (approximate 0.48 'M POT.2') with immobilized titanium dioxide (10 g/'M POT.2') was operated in different flow rates (15; 22.5 and 30 L/h) and angles in relation to horizontal (2, 12 and 22 degrees). Two effluents were used in the assays. The first (effluent 1) was from an anaerobic reactor treating sewage and the second (effluent 2) from an anaerobic/aerobic granular activated carbon expanded bed reactor which receives the wastewater collected in the Campus of USP/São Carlos and from the surrounding neighborhood of the campus. The assays were carried out in batch with recirculation time of 4 hours. The photolysis (only solar radiation) and the catalyst adsorption (Ti'O IND.2' in the dark) in organic matter removal and disinfection were evaluated. The oxidation of organic matter (COD and TOC) and inactivation of indicators of fecal contamination (Clostridium perfringens, total coliforms, E. coli, and coliphages) were evaluated. The results shows that heterogeneous photocatalysis was more efficient in effluents disinfection than the photolysis. The resistance of the microorganisms to Ti'O IND.2'/UV process was in decreasing order: Clostridium perfringens, total coliforms, E. coli and coliphages. The best operational conditions for microorganisms inactivation in effluent 1 are: 'alfa' = 2 degrees and Q = 22.5 L/h. TOC oxidation in effluent 2 was more influenced by angle than by flow rate. The physical and chemical characteristics of the effluents had an important role in oxidation and disinfection. Initial E. coli concentration was more important than intensity of solar radiation during photocatalytic disinfection in the experimental conditions of this work. The reactors with immobilized Ti'O IND.2' open to solar radiation have to be closed to avoid excessive evaporation

Orientador: Wilson de Figueiredo Jardim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T02:49:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Torres_CarolinaFerreira_M.pdf: 3163293 bytes, checksum: 169b47e5a4d52ba3e29d4ad8c88bec54 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O uso de fotocatalisadores suportados tem sido a estratégia preferencial em fotocatálise heterogênea, uma vez que a separação do material fotoativo do meio reacional é difícil e dispendiosa. A quitosana é um biopolímero de disponibilidade ilimitada, fonte renovável, é biodegradável e possui alto poder de adsorção. Esferas de quitosana impregnadas com TiO2 P-25 foram obtidas pela técnica de coagulação, onde uma mistura de quitosana e TiO2 P-25 é dissolvida em meio ácido e gotejada sobre um banho alcalino formando as esferas. Depois de lavadas e secas estas foram caracterizadas quanto à sua morfologia, resistência à solução ácida e à fotodegradação, área superficial, DRX, refletância de radiação UV/Vis e absorção de radiação IV. A atividade fotocatalítica das esferas foi avaliada utilizando solução de ácido salicílico 50 mg L. Placas de Petri contendo 0,5 g de esferas com relação quitosana: TiO2 P-25 na proporção de 1:10 (m/m) e 25 mL de solução de AS foram iluminadas por radiação UV e em intervalos de 8 horas alcançou-se mineralização de 40%, determinado por medidas de COT e emissão de fluorescência. As esferas foram reutilizadas em mais dois ciclos de ensaios de fotodegradação sem que passassem por qualquer processo de limpeza e sem perderem sua atividade fotocatalítica. / Abstract: The use of supported photocatalysts has been the preferred strategy for heterogeneous photocatalysis, since the separation of photoactive material from the reactional mean is difficult and expensive. Chitosan is a biopolymer of unlimited availability; it is a renewable source, biodegradable and has a high adsorption power. Chitosan beads impregnated with TiO2 P-25 were obtained by the coagulation technique, where a mixture of chitosan and TiO2 P-25 is dissolved in an acidic mean and dripped onto an alkaline bath, forming the spheres. Once washed and dried, they were characterized as to their morphology and resistance to acid solutions and photodegradation, as well as to their surface area, XRD, UV/Vis radiation reflectance and IR radiation absorption. The photocatalytic activity of the spheres was evaluated using salicylic acid solution 50 mg L. Petri dishes containing 0.5 g of beads with chitosan proportion: TiO2 P-25 at a ratio of 1:10 (w/w) and 25 mL of SA solution were illuminated by UV radiation and within 8-hour intervals a mineralization of 40% was reached, as determined by TOC measures and fluorescence emission. The beads were reused in two other test cycles of photodegradation without undergoing any cleaning process and without losing its photocatalytic activity. / Mestrado / Quimica Analitica / Mestra em Química

This paper deals with the construction of photoelectrochemical cell, used for detection of ultraviolet radiation as a UV sensor. Photoelectrochemical cell consists of three layers, layer of photoactive semiconductor titanium dioxide, carbon electrodes and poly(vinyl alcohol) polymer electrolyte. The sensor layer enables the detection of UV radiation with the subsequent generation of photocurrent. Material printing techniques, such as screenprinting, pad printing and inkjet printing were used to produce the cell. Gel electrolyte was characterized by optical microscopy and rheometry. Sensor functionality was verified by use of electroanalytical techniques.

Tesis por compendio / [ES] La fotocatálisis heterogénea ha enfocado su aplicación en superficies desinfectantes o esterilizantes. El objetivo de esta tesis es el estudio de la aplicabilidad de esta tecnología para la degradación de la estructura del polen y sus alérgenos. Dada la elevada capacidad oxidativa de la fotocatálisis heterogénea, es razonable plantear que la aplicación de la tecnología fotocatalítica en materiales de construcción puede ser susceptible de implicar la destrucción de la capa externa protectora de los granos de polen, e incluso de poder inactivar su capacidad alergénica. Este objetivo global se abordará en base a los siguientes objetivos parciales: 1. Estudio de la viabilidad de la fotocatálisis heterogénea como tecnología de degradación/eliminación de granos de polen. 2. Evaluación del rendimiento y mecanismos de degradación/eliminación de los granos de polen en función del tipo de especie vegetal. 3. Estudio de la efectividad de la fotocatálisis heterogénea como tecnología de inactivación de los alérgenos del polen. 4. Análisis de la interacción química semiconductor TiO2-alérgeno y potenciales aplicaciones. El estudio se ha realizado usando granos de polen y alérgenos de siete especies vegetales diferentes. El estudio se ha realizado utilizando tres configuraciones de trabajo: (a) Suspensión de fotocatalizador en polvo en disolución acuosa b) fotocatalizador soportado en capa fina sobre vidrio o portador de aluminio, y (c) fotocatalizador embebido en material de base cemento. En una primera fase, se evaluó la viabilidad de la actividad fotocatalítica como tecnología viable para la reducción de granos de polen procedentes de dos especies vegetales diferentes. Las técnicas de caracterización como la difracción de rayos X (DRX), espectroscopía electrónica de rayos X(XPS), fluorescencia, espectroscopía infrarroja, microscopía electrónica de barrido (SEM), evidenciaron que la fotocatálisis provoca cambios significativos en la estructura del polen y su viabilidad alergénica. Se observa que existe una modificación de las capas externas (intina y exina) que protegen el protoplasma de los granos de polen. Mediante SEM se demuestra que tras el tratamiento fotocatalítico se produce la degradación de los estratos exina e intina y por tanto los granos de polen sufren un deterioro claramente visible de su estructura reduciéndose el número de granos viables. Por otro lado, mediante la técnica de tinción por fluorescencia (FDA) se puede comprobar que existe una disminución de la viabilidad de los pólenes estudiados o inactivación de la alergenidad de los mismos. Los datos experimentales evidenciaron una reducción significativa de la intensidad de fluorescencia del polen tras la exposición al proceso fotocatalítico. Estos resultados son corroborados por los patrones de DRX. En una segunda fase, la evaluación de este proceso de degradación se estudió en detalle en un total de 7 especies de polen analizadas con iguales resultados. Las especies sufrían un claro deterioro de su capacidad alergénica, tal y como demuestran las imágenes del microscopio electrónico de barrido. En una tercera fase de esta tesis se realizó un análisis detallado de las fases de descomposición de los extractos de alérgenos de 7 las siete especies vegetales anteriores. En esta fases se confirmó que los extractos de alergeno sufren una descomposición casi completa dando lugar a productos volátiles de bajo peso molecular que concuerda con los mecanismos de fotodegradación de aminoácidos. En una cuarta fase se comprobó que la degradación de las proteínas del polen puede dar lugar a una modificación química superficial inusual del fotocatalizador que puede asociarse a un posible dopaje de TiO2 con C y N procedentes de los extractos de polen. Este último resultado abre un campo de investigación adicional en relación con la potenciación de la actividad fotocatalítica por acción de aminoácidos del polen en la modificación de la estructura de los fotocatalizadores. / [CA] La fotocatàlisi heterogènia ha enfocat la seva aplicació en superfícies desinfectants o esterilitzants. L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi de l'aplicabilitat d'aquesta tecnologia per a la degradació de l'estructura del pol·len i els al·lèrgens. Atesa l'elevada capacitat oxidativa de la fotocatàlisi heterogènia, és raonable plantejar que l'aplicació de la tecnologia fotocatalítica en materials de construcció pot ser susceptible d'implicar la destrucció de la capa externa protectora dels grans de pol·len, i fins i tot de poder inactivar-ne la capacitat al·lergènica . Aquest objectiu global s'abordarà sobre la base dels següents objectius parcials: 1. Estudi de la viabilitat de la fotocatàlisi heterogènia com a tecnologia de degradació/eliminació de grans de pol·len. 2. Avaluació del rendiment i mecanismes de degradació/eliminació dels grans de pol·len en funció del tipus d'espècie vegetal. 3. Estudi de l'efectivitat de la fotocatàlisi heterogènia com a tecnologia d'inactivació dels al·lèrgens del pol·len. 4. Anàlisi de la interacció química semiconductor TiO2-al·lergen i potencials aplicacions. L'estudi s'ha realitzat usant grans de pol·len i al·lèrgens de set espècies vegetals diferents. L'estudi s'ha fet utilitzant tres configuracions de treball: (a) Suspensió de fotocatalitzador en pols en dissolució aquosa b) fotocatalitzador suportat en capa fina sobre vidre o portador d'alumini, i (c) fotocatalitzador embegut en material de base ciment. En una primera fase, es va avaluar la viabilitat de l'activitat fotocatalítica com a tecnologia viable per a la reducció de grans de pol·len procedents de dues espècies vegetals diferents. Les tècniques de caracterització com la difracció de raigs X (DRX), espectroscòpia electrònica de raigs X(XPS), fluorescència, espectroscòpia infraroja, microscòpia electrònica d'escombrada (SEM), van evidenciar que la fotocatàlisi provoca canvis significatius en l'estructura del pol·len i la seva viabilitat al·lergènica. S'observa que hi ha una modificació de les capes externes (intina i exina) que protegeixen el protoplasma dels grans de pol·len. Mitjançant SEM es demostra que després del tractament fotocatalític es produeix la degradació dels estrats exina i intina i per tant els grans de pol·len pateixen un deteriorament clarament visible de la seva estructura reduint-se el nombre de grans viables. D'altra banda, mitjançant la tècnica de tinció per fluorescència (FDA) es pot comprovar que hi ha una disminució de la viabilitat dels pòl·lens estudiats o inactivació de la seva al·lergenitat. Les dades experimentals van evidenciar una reducció significativa de la intensitat de fluorescència del pol·len després de l'exposició al procés fotocatalític. Aquests resultats són corroborats pels patrons de DRX. En una segona fase, l'avaluació d'aquest procés de degradació es va estudiar detalladament en un total de 7 espècies de pol·len analitzades amb resultats iguals. Les espècies patien un clar deteriorament de la seva capacitat al·lergènica, tal com demostren les imatges del microscopi electrònic d'escombrada. En una tercera fase d'aquesta tesi es va fer una anàlisi detallada de les fases de descomposició dels extractes d'al·lèrgens de 7 les set espècies vegetals anteriors. En aquestes fases es va confirmar que els extractes d'al·lergen pateixen una descomposició gairebé completa donant lloc a productes volàtils de baix pes molecular que concorda amb els mecanismes de fotodegradació d'aminoàcids. En una quarta fase es va comprovar que la degradació de les proteïnes del pol·len pot donar lloc a una modificació química superficial inusual del fotocatalitzador que es pot associar a un possible dopatge de TiO2 amb C i N procedents dels extractes de pol·len. Aquest darrer resultat obre un camp de recerca addicional en relació amb la potenciació de l'activitat fotocatalítica per acció d'aminoàcids del pol·len en la modificació de l'estructura dels fotocatalitzadors. / [EN] Heterogeneous photocatalysis has focused its application on disinfecting or sterilizing surfaces. The objective of this thesis is the study of the applicability of this technology for the degradation of the structure of pollen and its allergens. Given the high oxidative capacity of heterogeneous photocatalysis, it is reasonable to suggest that the application of photocatalytic technology in construction materials may be likely to involve the destruction of the outer protective layer of pollen grains, and even to be able to inactivate their allergenic capacity. This global objective will be addressed based on the following partial objectives: 1. Study of the feasibility of heterogeneous photocatalysis as a technology for the degradation/elimination of pollen grains. 2. Evaluation of the yield and mechanisms of degradation/elimination of pollen grains depending on the type of plant species. 3. Study of the effectiveness of heterogeneous photocatalysis as a technology for the inactivation of pollen allergens. 4. Analysis of the semiconductor TiO2-allergen chemical interaction and potential applications. 5. The study has been carried out using pollen grains and allergens from seven different plant species. The study has been carried out using three working configurations: (a) Powder photocatalyst suspension in aqueous solution b) photocatalyst supported in a thin layer on glass or aluminum carrier, and (c) photocatalyst embedded in cement-based material. In a first phase, the feasibility of photocatalytic activity was evaluated as a viable technology for the reduction of pollen grains from two different plant species. Characterization techniques such as X-ray diffraction (XRD), X-ray electron spectroscopy (XPS), fluorescence, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), showed that photocatalysis causes significant changes in pollen structure and its allergenic viability. It is observed that there is a modification of the external layers (intine and exine) that protect the protoplasm of the pollen grains. Using SEM, it is shown that after the photocatalytic treatment, the degradation of the exine and intine strata occurs and therefore the pollen grains suffer a clearly visible deterioration of their structure, reducing the number of viable grains. On the other hand, using the fluorescence staining technique (FDA) it can be verified that there is a decrease in the viability of the pollens studied or inactivation of their allergenity. The experimental data showed a significant reduction in the fluorescence intensity of the pollen after exposure to the photocatalytic process. These results are corroborated by the XRD patterns. In a second phase, the evaluation of this degradation process was studied in detail in a total of 7 pollen species analyzed with the same results. The species suffered a clear deterioration in their allergenic capacity, as shown by the images of the scanning electron microscope. In a third phase of this thesis, a detailed analysis of the decomposition phases of the allergen extracts of 7 of the previous seven plant species was carried out. In these phases, it was confirmed that the allergen extracts undergo an almost complete decomposition, giving rise to low molecular weight volatile products that are consistent with the mechanisms of photodegradation of amino acids. In a fourth phase, it was found that the degradation of pollen proteins can give rise to an unusual surface chemical modification of the photocatalyst that can be associated with a possible doping of TiO2 with C and N from pollen extracts. This last result opens a field of additional research in relation to the potentiation of the photocatalytic activity by the action of pollen amino acids in the modification of the structure of the photocatalysts. / Sapiña Escrivá, M. (2022). Degradación fotocatalítica del polen y sus alérgenos en materiales de construcción [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/183872 / Compendio

A atrazina (ATZ) é um herbicida utilizado em larga escala no Brasil de forma intensiva em culturas de cana-de-açúcar, milho e sorgo. A ATZ possui caráter persistente e recalcitrante, de forma que os tratamentos convencionais de efluentes não são capazes de removê-lo. Nesse contexto, os processos oxidativos avançados, como a fotocatálise heterogênea, têm se mostrado eficientes para remoção deste poluente. Este trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho dos fotocatalisadores TiO2 P25 e C-TiO2 Kronos vlp 7000 modificado com carbono para a degradação do pesticida atrazina em solução aquosa, utilizando um reator fotoquímico com coletor parabólico composto irradiado por um simulador solar. Os catalisadores TiO2 P25 e C-TiO2 Kronos foram caracterizados por meio de difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho, área superficial específica BET e análise de reflectância difusa. As concentrações de TiO2 P25 e C-TiO2 Kronos empregadas foram 500 e 100 mg L&-1, respectivamente. Os resultados obtidos mostraram significativa remoção de ATZ ao final de 120 minutos (100; 98; 98; 93; 86% para concentrações iniciais de ATZ de 1; 5; 10; 20 e 30 mg L-1, respectivamente) com emprego do catalisador TiO2 P25. No entanto, as análises de carbono orgânico total (COT) indicaram que não houve mineralização significativa da ATZ, com valores inferiores a 20% com o uso do TiO2 P25. Para o catalisador C-TiO2 Kronos não se obteve remoção importante da ATZ ao final de 120 minutos de experimento, quando comparado com o TiO2 P25. Neste caso, o catalisador C-TiO2 Kronos permitiu obter remoções do pesticida de 37; 35; 38; 39 e 45%, aproximadamente, para as concentrações iniciais de ATZ de 1; 5; 10; 20 e 30 mg L-1, respectivamente. Apesar disso, o catalisador C-TiO2 Kronos apresentou melhor desempenho em mineralizar a ATZ a CO2 e H2O em relação ao proporcionado pelo TiO2 P25, com aproximadamente 38% de mineralização. O modelo de Langmuir-Hinshelwood (LH) constitui uma aproximação adequada para a cinética de degradação da atrazina para ambos os catalisadores estudados, com valores de Kr e Kads iguais a 1,54 mg L-1 min-1 e 15,47 L mg-1, respectivamente, para o catalisador TiO2 P25 e de 1,34 mg L-1 min-1 e 132,95 L mg-1, respectivamente para o catalisador C-TiO2 Kronos vlp 7000. / Atrazine (ATZ) is a widely used herbicide in Brazil, where it is intensively applied in sugarcane, corn and sorghum cultivations. However, conventional wastewater treatments are not able to remove ATZ due to its persistent and recalcitrant properties. Advanced oxidation processes, such as heterogeneous photocatalysis, have been proved effective for the removal of this pollutant. This study aims to evaluate the performance of TiO2 P25 and carbon-modified TiO2 Kronos vlp 7000 photocatalysts in the degradation of ATZ in aqueous systems using a tubular photochemical reactor equipped with a compound parabolic collector (CPC) irradiated by simulated solar light. Catalysts TiO2 P25 and C-TiO2 Kronos were characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, BET analysis and diffuse reflectance analysis. The concentrations of TiO2 P25 and C-TiO2 Kronos were 500 and 100 mg L-1, respectively. For TiO2 P25, the results showed significant ATZ removals after 120 minutes of irradiation (100; 98; 98; 93; 86% for initial ATZ concentrations of 1; 5; 10; 20, and 30 mg L-1, respectively). In contrast, the total organic carbon (TOC) analyses indicated that no significant ATZ mineralization occurred, with values lower than 20% for TiO2 P25. In comparison with TiO2 P25, C-TiO2 was not able to completely remove ATZ at the end of 120 minutes of irradition. In this case, pesticide removals of about 37; 35; 38; 39 and 45% were obtained for initial ATZ concentrations of 1; 5; 10; 20, and 30 mg L-1, respectively. Nevertheless, C-TiO2 Kronos showed better performance for ATZ mineralization to CO2 and H2O in comparison with TiO2 P25, with approximately 38% total carbon organic removal. The Langmuir-Hinshelwood (LH) model was shown to be an appropriate approximation for the degradation kinetics of atrazine for both catalysts, with values of Kr and Kads equal to 1.54 mg L-1 min-1 and 15.47 mg L-1, respectively, for the P25 TiO2 and 1.34 mg L-1 min-1 and 132.95 mg L-1, respectively, for C-TiO2 Kronos vlp 7000.

Neste trabalho focou-se na preparação de materiais com aplicação em processos de tratamento de compostos orgânicos poluentes. Especificamente, buscou-se correlacionar as propriedades físicas e químicas dos materiais com as suas respostas catalíticas nos processos de fotocatálise heterogênea e de ozonização. Empregando-se o método de precipitação, preparou-se óxidos mistos de TiO2 e CeO2 em diferentes proporções. A caracterização destes materiais mostrou uma correlação entre a formação de partículas anisotrópicas, com morfologia do tipo bastão, e a capacidade de degradação de fenol pelo processo de fotocatálise heterogênea. Em particular, obteve-se 70% de degradação de fenol para o material com 20% CeO2. A interação entre o TiO2 e CeO2 também foi estudada em materiais preparados pelo método sol-gel. A presença do CeO2 retardou a transformação do polimorfo anatásio para rutilo, bem como manteve a estrutura de poros quando os matareriais foram calcinados a 650 ºC. Esta maior estabilidade possui relação com as propriedades fotocatalíticas dos materiais calcinados. Degradou-se 77% de fenol com o fotocatalisador 0,5% CeO2. Fotocatalisadores híbridos de SiMgOx e TiO2 foram preparados pela deposição de diferentes quantidades de TiO2 em placas de sepiolitas por slip-casting. Avaliou-se os materiais híbridos na degradação de ar contaminado com tricloroetileno (TCE) pelo processo de fotocatálise heterogênea. Observou-se uma dependência entre a espessura da camada de TiO2 e a taxa de degradação e mineralização do TCE, obtendo-se até 100% de degradação do TCE. Os materiais híbridos também tiveram suas propriedades catalíticas avaliadas na fotodegradação de TCE utilizando radiação solar. A combinação das propriedades de adsorção da sepiolita e fotocatalíticas do TiO2 possibilitaram 100% de degradação do TCE via incidência de radiação solar. O estudo de materiais híbridos também foi realizado com a preparação de esferas híbridas de carbono e CeO2. Este novo material foi preparado em uma única etapa, pelo método hidrotermal, sem a necessidade de emprego de solventes orgânicos. As esferas híbridas foram aplicadas na degradação de solução aquosa de ácido salicílico pelo processo de ozonização. As esferas eram, possívelmente, formadas por um core de carbono com nanopartículas de CeO2 dispersas em sua superfície hidrofílica. O efeito sinérgico entre a estrutura de carbono e o CeO2 resultou em um aumento de 25% na mineralização da solução de ácido salicílico pelo processo de ozonização. / This study was focused on the preparation of materials applied to the treatment of organic pollutant compounds. The main idea was to correlate the physical and chemical properties of these materials with their catalytic responses in heterogeneous photocatalysis and ozonation processes. Using the precipitation method, TiO2 and CeO2 mixed oxides were prepared in different proportions. The characterization of these materials showed a correlation between the formation of anisotropic rod-like particles and the capacity of degradation of phenol by a heterogeneous photocatalysis process. It was actived 70% of phenol degradation using the material with 20% CeO2. The interaction between TiO2 and CeO2 was also studied in materials prepared by the sol-gel method. The presence of CeO2 retarded the transition from anatase to rutile polymorphic, as well as maintained the porous structure when the materials were calcinated at 650 ºC. This major stability is related to the photocatalytic properties of the calcinated materials. For instance, 77% of the phenol was degraded using the 0.5% CeO2 photocatalyst. Hybrid photocatalysts composed by SiMgOx and TiO2 were prepared by depositing different amounts of TiO2 on sepiolite plates by slip-casting method. The performances of hybrid materials were evaluated by the degradation of contaminated air with trichloroethylene (TCE) using the heterogeneous photocatalysis process. A correlation between the thickness of the TiO2 layer and the degradation and mineralization rates of TCE was observed, obtaining up to 100% degradation of the TCE. Also, the catalytic properties of the hybrid materials were evaluated by TCE photodegration using solar radiation. A combination of the adsorption properites of the sepiolite and the photocatalytic properties of TiO2 allowed up to 100% of TCE degradation under incidence of solar radiation. The study of hybrid materials was also carried out with the preparation of carbon and CeO2 hybrid spheres. This novel material was prepared in one-pot step, using the hydrothermal method, without organic solvents. The hybrid spheres were used in the degradation of aqueous solution of salicylic acid by the ozonization process. The spheres were possibly formed by a core containing carbon with CeO2 nanoparticles dispersed on their hydrophilic surface.The synergetic effect between the carbon structure and the CeO2 resulted in an increase of 25% in the salicylic acid solution mineralization.

O grande impacto ambiental causado pelo chorume proveniente de aterros sanitários impulsiona as pesquisas para o seu tratamento, com o objetivo de se obter a máxima degradação possível dos seus contaminantes recalcitrantes e tóxicos, diminuindo-se assim a sua toxicidade. O desenvolvimento de uma tecnologia eficiente e econômica para o tratamento é indispensável devido ao grande volume gerado e à legislação ambiental cada vez mais restritiva. Desta forma, os Processos Oxidativos Avançados (POAs) são avaliados como uma estratégia para o pré-tratamento, com um alto poder de degradação não seletivo e relação custo-benefício vantajosa. Dos diversos tipos de POAs existentes, aqueles que utilizam semicondutores para a fotocatálise heterogênea e luz solar como fonte de irradiação são os de maior interesse, devido a sua relativa eficiência, estabilidade fotoquímica, natureza não tóxica e baixo custo. Este estudo consistiu em avaliar o nível de degradação do chorume proveniente do aterro sanitário de Cachoeira Paulista - SP, utilizando como catalisador o ZnO irradiado pela luz solar, que possui um vasto espectro de fotoativação aliado ao seu baixo custo. As variáveis de entrada em dois níveis, foram o pH, o tempo de reação, a espessura da camada de ZnO impregnada sobre uma placa metálica e a concentração do efluente. Como variável resposta os valores de concentração expressa em Carbono Orgânico Total (COT) foi a mais adequada. O planejamento de experimentos utilizado foi o fatorial 23 com duplicata no ponto central. Na etapa delineatória, reduções de 28 % de COT foram alcançadas. A utilização da fotocatálise heterogênea utilizando ZnO fotoirradiado com luz solar se mostrou promissora para ser utilizada como um pré-tratamento do chorume. / The major environmental impact of leachate from landfills drives research to treat it, and aims to obtain the maximum degradation of their recalcitrant and toxic contaminants. The development of an efficient and economical treatment technology is indispensable due to the large volume generated and the increasingly restrictive environmental legislation. Thus, Advanced Oxidation Processes (AOPs) are evaluated as a strategy to pre-treatment with a high power non-selective degradation and advantageous cost-benefit ratio. From various types of POAs, those which use the heterogeneous photocatalytic semiconductor and solar light as the source of irradiation are the most interesting, because of its relative efficiency, photochemical stability, low cost and non-toxic nature. This study have assessed the level of degradation of the leachate from the landfill of Cachoeira Paulista - SP, using ZnO irradiated by sunlight as catalyst, which has a wide spectrum of photoactivation combined with its low cost. The input variables on two levels, were pH, reaction time, the thickness of the ZnO layer impregnated on a metal plate and concentration of the effluent. The most appropriate output variable was concentration, expressed in means of Total Organic Carbon (TOC). For the photocatalytic process, a factorial design (23) was used for the design of experiments. In final stage, reductions of 28% TOC were achieved. The use of heterogeneous photocatalysis using solar photoirradiated ZnO seems to be a great alternative as a pre-treatment of leachate.

Orientador: Dayse Iara dos Santos / Resumo: O desenvolvimento de materiais cerâmicos é um campo de pesquisa cujos resultados são extremamente promissores para aplicações tecnológicas. Particularmente, no caso dos materiais nanoestruturados baseados no óxido titânio, observa-se grande potencial de aplicação em dispositivos optoeletrônicos, bem como, para processos de fotocatálise, visto que apresenta um bandgap direto de 3,2 eV. Além disso, o aperfeiçoamento das propriedades ópticas, por meio da interação entre óxidos de diferentes bandas eletrônicas, têm sido estudado por muitos autores. Por esta razão, compósitos nanoestruturados formados de dois ou mais óxidos, cujas propriedades são distintas quando isolados, têm sido sintetizados juntos e caracterizados a fim de avaliar possíveis interações sinérgicas. Neste trabalho, foram preparados e caracterizados os compósitos TiO2/CuO, TiO2/ZnO e TiO2/ZrO2. As sínteses foram realizadas pelo método Sol-gel original e pelo método Poliol modificado, e ambos os processos se mostraram propícios para a obtenção de nanocompósitos e óxidos nanoparticulados. O método Poliol produziu compósitos formados de partículas micrométricas de dióxido de titânio revestidas do segundo óxido, enquanto o processo Sol-gel resultou em material constituído de agregados de nanocristais com alta mesoporosidade. Por meio da difração de raios X dos pós tratados gradualmente até 1000 °C observou-se que a formação e cristalização dos óxidos ocorrem em temperatura mais alta quando o material é resultante do ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The development of ceramic materials is a field of research whose results are extremely promising for technological applications. Particularly, in the case of nanostructured materials based on titanium oxide, there is a great potential for application in optoelectronic devices, as well as for photocatalysis processes, since it has a direct bandgap of 3.2 eV. In addition, the improvement of the optical properties through the interaction between oxides of different electronic bands has been studied by many authors. For this reason, nanostructured composites formed of two or more oxides, whose properties are distinct when isolated, have been synthesized together and characterized in order to evaluate possible synergistic interactions. In this work the TiO2 / CuO, TiO2 / ZnO and TiO2 / ZrO2 composites were prepared and characterized. The syntheses were carried out using the original Sol-gel method and the modified Polyol method, and both processes proved to be suitable for nanocomposites and nanoparticulate oxides. The polyol method produced composites formed of micrometric titanium dioxide particles coated with the second oxide, while the sol-gel process resulted in material composed of nanocrystalline aggregates with high mesoporosity. By X-ray diffraction of the powders gradually treated to 1000 °C it was observed that the formation and crystallization of the oxides occur at a higher temperature when the material is produced by the Sol-gel process. With the observation of the ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Neste trabalho buscou-se estratégias que pudessem promover um aumento na aplicabilidade do processo de fotocatálise heterogênea, a fim de viabilizar seu emprego como processo alternativo para o tratamento de efluente em larga escala. Neste sentido, avaliou-se o emprego do fotocatalisador TiO2 sob a forma imobilizada e também modificado com a incorporação de materiais adsorventes. O processo de fotocatálise heterogênea, empregando tanto o fotocatalisador imobilizado em suporte de vidro quanto os sintetizados e modificados com diferentes materiais adsorventes, apresentou grande eficiência para degradação de fenol, utilizado como composto poluente modelo. As porcentagens de degradação obtidas, para soluções contendo concentração inicial igual a 250 mg L-1 de fenol, foram superiores a 80% ao final de 120 minutos de tratamento. A utilização de TiO2 sob a forma imobilizada proporcionou redução do teor de carbono orgânico dissolvido de até 59%, em 120 minutos. Quando este resultado é comparado ao obtido quando o fotocatalisador é empregado sob a forma de suspensão demonstra ser promissor, uma vez que se eliminou a etapa requerida de pós-tratamento para recuperação do fotocatalisador. Porém, a imobilização do TiO2 acarretou em um decréscimo na atividade fotocatalítica quando comparado ao material em suspensão, devido a diversos fatores, entre eles, a redução da área superficial ativa do fotocatalisador e a limitações nos processos de transferência de massa. A síntese de TiO2 incorporado a substratos porosos, foi utilizada como alternativa para tentar compensar essa redução de área superficial ativa do fotocatalisador. Nesta abordagem utilizou-se diversos materiais como substratos porosos para síntese de TiO2: óxido de alumínio, óxido de zircônio, sílica-gel, sílica mesoporosa ordenada (SMO) e carvão ativado. Dentre eles, os materiais mistos de TiO2/SMO e TiO2/carvão ativado, proporcionaram os melhores resultados frente à mineralização de fenol. A incorporação de TiO2 a materiais adsorventes, além de promover um aumento nas porcentagens de fotoxidação de fenol, demonstrou potencialidade para contornar parte das inerentes limitações causadas pelo processo de imobilização do fotocatalisador. / The main goal of this work was to find alternatives capable to promote an improvement in terms of applicability of the heterogeneous photocatalysis process, in order to make it feasible in large scale. The use of the photocatalyst TiO2 immobilized and also modificated with adsorbent materials was evaluated. The heterogeneous photocatalysis process, either using photocatalyst immobilized in glass or photocatalyst synthesized and modified with different adsorbent materials, showed good efficiency to degrade phenol, which was used as pollutant compound. The degradation percentages for solutions with initial concentration of 250 mg L-1 of phenol were above 80% after 120 minutes of treatment. The use of TiO2 under the immobilized form provided a reduction of total organic carbon levels up to 59% in 120 minutes. It is a promissory result, since it eliminated post treatment steps to recover the photocatalyst, when it is used under suspended form. However, the immobilization of TiO2 caused a decrease in photocatalyst activity compared to the suspension process. The synthesis of TiO2 with incorporation of supports to its surface was evaluated as an alternative to compensate the reduction of active surface area. In order to reach this goal, many materials were used as a porous support for synthesis of TiO2, such as: aluminum oxide, zirconium oxide, silica-gel, ordered mesoporous silica and activated carbon. Amongst them, the synthesized materials constituted of TiO2/SMO and TiO2/ activated carbon showed the best results for phenol mineralization. The incorporation of adsorbent materials to the TiO2 composition, besides to promote a raising in the phenol photoxidation, demonstrated to be a viable strategy to compensate the limitations caused by the photocatalyst immobilization process.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:43:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sabrina Marinho Kaplun.pdf: 2639962 bytes, checksum: a9f7e8225e77abb24e8a18b7dd472300 (MD5) Previous issue date: 2015-04-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The purpose of this study was to obtain, characterize and evaluate the photocatalytic activity of the surface modified titanium dioxide in relation to the unmodified titanium dioxide. Titanium dioxide (TiO2) anatase (commercial) was introduced into an oven made, with the function of modifying the external surface of the oxide by the effect of pressure, temperature and time. The modified titanium (TM) oxides and unmodified (TN) were characterized by the techniques of X-ray diffraction (XRD)and refinement by the Rietveld method, transmission electron microscopy (TEM) and determination of specific surface area. In heterogeneous photodegradation tests, degradation of the herbicide 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) was accompanied by UV/vis, high performance liquid chromatography efficiency (HPLC) and determination of total organic carbon (TOC). The influence of pressure on the surface of titanium dioxide resulted in a change in the external surface of titanium dioxide, surface irregularities increases, without changes in unit cell parameters and increases the surface area. The photocatalytic activity of the modified titanium dioxide (TM) was higher to the unmodified titanium dioxide (TN).The modified titanium dioxide had a higher percentage of degradation of the herbicide 2,4-dichlorophenoxyacetic acid and a higher mineralization making it more efficient. / A proposta desse trabalho consistiu em obter, caracterizar e avaliar a atividade fotocatalítica do dióxido de titânio modificado superficialmente em relação ao dióxido de titânio não modificado. O dióxido de titânio (TiO2) anatase (comercial) foi introduzido em um forno confeccionado, com a finalidade de modificar a superfície externa do óxido de titânio pelo efeito da pressão, temperatura e tempo. Os óxidos de titânio modificados (TM) e não modificados (TN) foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X (DRX) e refinamento pelo método de Rietveld, microscopia eletrônica de transmissão (MET) e determinação da área superficial específica. Nos ensaios de fotodegradação heterogênea, a degradação do herbicida 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) foi acompanhada pelas técnicas de UV/vis, cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e determinação de carbono orgânico total (COT). A influência da pressão na superfície do dióxido de titânio resultou em uma modificação na superfície externa do dióxido de titânio aumentando irregularidades na superfície, sem alterações nos parâmetros da célula unitária e com elevação da área superficial. A atividade fotocatalítica do dióxido de titânio modificado (TM) foi superior ao dióxido de titânio não modificado (TN). O dióxido de titânio modificado apresentou maior porcentagem de degradação do herbicida 2,4-diclorofenoxacético e uma maior mineralização o que o torna mais eficiente.