O uso de energias renováveis como a energia solar para a produção de gás hidrogênio (H2), por meio do processo fotocatalítico da quebra da molécula de água, é uma alternativa promissora às fontes de energias convencionais. Neste contexto, a produção de filmes finos nanoestruturados de diferentes materiais é uma aplicação que pode aliar a fotocatálise e a nanotecnologia. Assim, o principal objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes concentrações de ácido tetracloroaurico (HAuCl4) para incorporação de nanopartículas de ouro (NPs Au) na produção de H2, a partir de filmes finos suportados em celulose bacteriana (CB), produzidos através da técnica camada por camada utilizando os polieletrólitos fracos, hidrocloreto de polialilamina (PAH) e poli(ácido acrílico) (PAA), combinados com dióxido de titânio (TiO2). Por meio das técnicas de espectroscopia de absorção molecular na região do ultravioleta e visível (UV-Vis), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho foi possível verificar a absorção da CB na região do UV, os picos em 14,6º, 16,6º e 22,6º, a superfície constituída de fibras e as bandas características da CB, respectivamente. A área superficial específica de 1,57 m2 g-1 foi encontrada para a CB. A absorção na região do UV das soluções de HAuCl4 e TiO2 foram determinadas por UV-Vis. Através da técnica de DRX, calculou-se o tamanho médio do cristalito do TiO2 que foi de ~5 nm corroborando com a microscopia eletrônica de transmissão (MET). O TiO2 também foi caracterizado por fluorescência molecular, MEV e área superficial específica. O potencial zeta foi utilizado para analisar as soluções poliméricas (PAH e PAA) e a solução de TiO2. Os filmes de diferentes concentrações de HAuCl4 (1,25 mmol L-1, 2,5 mmol L-1 e 5 mmol L-1) e com diferentes tempos de luz UV (6h, 12h, 24h, 24h, 48h e 96h) foram analisados por cromatografia gasosa (CG). Destes filmes, os que mais produziram H2 em cada concentração de HAuCl4 (c1-24 / concentração de 1,25 mmol L-1 e 24h de luz UV), (c2- 6 / concentração de 2,5 mmol L-1 e 6h de luz UV) e (c3-24 / concentração de 5 mmol L-1 e 24h de luz UV), foram caracterizados antes e depois da fotocatálise. Através do UV-Vis, foi possível observar a presença de NPs Au e TiO2 nos filmes. Por DRX, notou-se os picos da CB, do TiO2 (25,3º) e do Au (38,18º e 44,5º) nos filmes. No MEV foi possível observar que o filme (c1-24) possuia grãos de Au dispersos na matriz e a presença de Ti em toda a superfície sem aglomerações, revelando-se como um filme homogêneo comparado aos filmes (c2-6) e (c3-24). Pela técnica de MET, analisou-se a morfologia, tamanho e distribuição das NPs Au nos filmes revelando valores em escala manométrica. O filme (c1-24) apresentou menores tamanhos de NPs Au (9 nm). Área superficial específica, perfilometria, Espectroscopia de Emissão Óptica de Descarga Luminescente e Espectrometria de emissão óptica com plasma também foram analisados para avaliar o efeito das concentrações e tamanhos de NPs Au nos filmes. O filme com menor concentração de HAuCl4 (c1-24), o qual tinha NPs Au menores que em maior contato com a superfície do TiO2 produziu mais H2, foi analisado por CG para aperfeiçoar o melhor desempenho na produção de H2 variando alguns parâmetros como reutilização do filme (c1-24a) e (c1-24b), alteração de substrato (c1-24d), aumento de camadas (c1-24f) e filme sem polímeros (c1-24g). Analisando todas as variações dos parâmetros foi concluído que o filme (c1-24) produziu 29,12 μmol h-1cm2 de H2 apresentando uma melhor atividade fotocatalítica. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS. / The use of renewable energy such as solar energy to produce hydrogen gas (H2), through the photocatalytic process of breaking the water molecule, is a promising alternative to conventional energy sources. In this context, the production of nanostructured thin films of different materials is an application that can combine photocatalysis and nanotechnology.Thus, the main objective of this work was to evaluate the effect of different concentrations of tetrachlorouric acid (HAuCl4) for the incorporation of gold nanoparticles (Au NPs) in H2 production from thin films supported on bacterial cellulose (BC), produced through of the technique layer by layer using the weak polyelectrolytes, polyallylamine hydrochloride (PAH) and polyacrylic acid (PAA) combined with titanium dioxide (TiO2). Through the techniques of molecular absorption spectroscopy in the ultraviolet and visible (UV-Vis), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and infrared spectroscopy (FTIR), it was possible to verify the absorption of BC in the UV region, the peaks at 14.6º, 16.6º and 22.6º, the fiber surface and the characteristic bands of BC, respectively. The specific surface area of 1.57 m2 g-1 was found for CB. Absorption in the UV region of the HAuCl4 and TiO2 solutions were determined by UV-Vis. By means of the XRD technique, the average crystallite size of the TiO2 was calculated which was ~5 nm corroborating with transmission electron microscopy (TEM). TiO2 was also characterized by molecular fluorescence, SEM and specific surface area. The zeta potential was used to analyze the polymer solutions (PAH and PAA) and the TiO 2 solution. The films with different concentrations of HAuCl4 (1.25 mmol L-1, 2.5 mmol L-1 and 5 mmol L-1) and with different UV light times (6h, 12h, 24h, 24h, 48h and 96h) were analyzed by gas chromatography (GC). Of these films, the ones that most produced H2 at each concentration of HAuCl4 (c1-24 / concentration of 1.25 mmol L-1 and 24h of UV light), (c2-6 / concentration of 2.5 mmol L-1 and 6h of UV light) and (c3-24 / concentration of 5 mmol L-1 and 24h of UV light) were characterized before and after photocatalysis. Through the UV-Vis, it was possible to observe the presence of Au and TiO2 NPs in the films. By XRD, the peaks were noted of CB, TiO2 (25.3 °) and Au (38.18 ° and 44.5 °) in the films. In the SEM it was observed that the film (c1-24) had Au grains dispersed in the matrix and the presence of Ti on the whole surface without agglomerations, revealing as a homogeneous film compared to the films (c2-6) and (c3-24). Using the MET technique, the morphology, size and distribution of Au NPs were analyzed in the films revealing values in manometric scale. The film (c1-24) presented smaller sizes of Au NPs (9 nm). Specific surface area, perfilometry, Glow-discharge optical emission spectroscopy (GD-OES) and inductively coupled plasma (ICP-OES) were also analyzed to evaluate the effect of concentrations and sizes of Au NPs in the films.The film with lower concentration of HAuCl4 (c1-24), which had Au NPs less than in greater contact with the surface of TiO2 produced more H2, was analyzed by CG to improve the best performance in H2 production varying some parameters as reuse of the film (c1-24a) and (c1-24b), substrate change (c1-24d), increase of layers (c1-24f) and film without polymers (c1-24g). Analyzing all the variations of the parameters it was concluded that the film (c1-24) produced 29.12 μmol h-1 cm2 of H2 presenting a better photocatalytic activity.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ucs.br:11338/2486 |
| Date | 17 March 2017 |
| Creators | Dal' Acqua, Nicolle |
| Contributors | Martinelli, Antonio Eduardo, Zorzi, Janete Eunice, Gimenez, Juliano Rodrigues, Pereira, Marcelo Barbalho, Crespo, Janaina da Silva |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UCS, instname:Universidade de Caxias do Sul, instacron:UCS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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