Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The optimization of the synthetic route of titanium dioxide nanoparticles doped with
nitrogen was carried out in order to obtain photocatalysts with improved
photocatalytic activity. Thereby, from the synthesized photocatalysts was possible to
reach about 100% discoloration and 64% mineralization of Ponceau 4R (P4R) dye.
Both doped (with largest and smallest photocatalyitc activity) and undoped catalysts
were analyzed by X-ray diffraction showing the predominance of the crystalline
anatase phase. Besides, using the Rietveld method, the results showed 17.3% of
brookite phase in the undoped oxides. By further analysis of diffuse reflectance
spectroscopy was observed that doped catalysts presented slight shift on absorption
band to the visible region, highlighting the best photocatalyitc activity of the oxide
with a band gap of 3,29 eV. This oxide (K1) exhibited specific area of 63.03 g/m2
while the oxide with lower photocatalytic activity (K2) exhibited a specific area of
12.82 g/m2. The Raman spectroscopy analysis showed that doped samples are more
ordered than no doped, and vibrational modes related to nitrogen was not observed.
Infrared spectra showed that calcination of the doped oxides leads to considerable
loss in nitrogen content, and this is corroborated by the XPS measurements.
Photocatalytic assays were carried out on laboratory scale using K1 catalyst in order
to optimize the mineralization of P4R. Thus, the substrate concentration, catalyst
concentration and pH of reaction medium were evaluated and the best result was
85% mineralization using 15 mg/L of P4R, 100 mg/L of catalyst and pH 6.4.
Additional photocatalytic tests were conducted under solar radiation showing that
doping increases photocatalytic activity under UV-A and visible irradiation, since 600
kJ of accumulated UV-A radiation (referring to 9 minutes of reaction time in bench
scale) proved to be enough to reach 100% mineralization of dye using doped catalyst
against 77% mineralization using undoped catalyst. / Com a finalidade de obter um fotocatalisador com atividade fotocatalítica melhorada
otimizou-se a rota de síntese para a obtenção de nanopartículas de dióxido de titânio
dopado com nitrogênio. A partir deste procedimento foi possível obter um
fotocatalisador capaz de descolorir em 100% o corante Ponceau 4R (P4R), e
mineralizar 64% sua carga orgânica. Os catalisadores que apresentaram a maior e
menor atividade fotocatalítica, e o óxido não dopado foram analisados por difração
de raios-X, que mostrou a predominância da fase cristalina anatase nos óxidos
dopados. Além disso, no óxido não dopado, além da fase anatase constatou-se,
usando o método de Rietveld, a presença de 17,3 % da fase broquita. Por
espectroscopia de reflectância difusa observou-se, para os óxidos dopados, um
pequeno deslocamento da absorção de luz para a região do visível, com destaque
para o óxido com a maior atividade fotocatalítica, que apresentou um band gap de
3,29 eV. Este óxido, (K1), apresentou área específica de 63,03 g/m2, enquanto que
para o de menor atividade fotocatalítica, (K2), foi de 12,82 g/m2. Por espectroscopia
Raman verificou-se que as amostras dopadas são mais ordenadas que a amostra
não dopada. Por outro lado, não foram observados modos vibracionais relacionados
ao nitrogênio. Os espectros de infravermelho mostraram que a calcinação dos
óxidos dopados causa uma perda considerável no conteúdo de nitrogênio, o que é
confirmado por medidas de XPS. Para o catalisador K1 foram realizados
experimentos em escala de laboratório com o intuito de otimizar as condições
reacionais para a mineralização do P4R. Foram avaliados o efeito da concentração
do substrato, concentração do catalisador e pH do meio reacional, onde os melhores
resultados (85% de mineralização) foram obtidos utilizando-se 15 mg/L do P4R, 100
mg/L do catalisador, em pH 6.4. Os testes fotocatalíticos feitos sob irradiação solar
evidenciaram que a dopagem amplia a atividade fotocatalítica sob irradiação no UVA
e visível, já que com 600 kJ m-2 (equivalente a 9 minutos de reação nos
experimentos em escala de bancada) de radiação UV-A acumulada, 100% do
corante foi mineralizado com o catalisador dopado, e apenas 77% com o seu similar
não dopado. / Doutor em Química
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/17525 |
| Date | 17 July 2015 |
| Creators | Borges, Karen Araújo |
| Contributors | Patrocínio, Antonio Otavio de Toledo, Machado, Antonio Eduardo da Hora, Santos, Maria Rita de Cássia, Canobre, Sheila Cristina, Assunção, Rosana Maria Nascimento de, Machulek Júnior, Amilcar |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação Multi-Institucional em Quimica (UFG - UFMS - UFU), UFU, BR, Ciências Exatas e da Terra |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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