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Desenvolvimento e avaliação de heterojunções semicondutor/ZnO/xerogel de carbono na fotodegradação de 4-clorofenol em reator de leito fluidizado e em reator em batelada

Processo: 18/10492-1
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de outubro de 2018 - 30 de setembro de 2020
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Liana Alvares Rodrigues
Beneficiário:Liana Alvares Rodrigues
Instituição-sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
Pesq. associados:Maria Lucia Caetano Pinto da Silva
Assunto(s):Semicondutores  Heterojunção  Catalisadores  Óxido de zinco  Fotocatálise 

Resumo

Neste projeto, pretende-se explorar o desenvolvimento de fotocatalisadores híbridos semicondutor/ZnO/xerogel de carbono, visando aumentar a eficiência quântica do processo de degradação de poluentes orgânicos, sendo esta, a maior inovação tecnológica, considerando que o efeito catalítico deste sistema ternário nunca foi estudado na literatura. O ZnO foi escolhido por possuir elevado desempenho na descontaminação de efluentes aquosos, devido a sua eficiente geração de H2O2, maiores taxas de reação e mineralização, maior numero de sítios ativos e alta reatividade superficial. Contudo, sua absorção de radiação na região visível é limitada e o tempo de recombinação das cargas fotogeradas é baixo, ocasionando uma baixa eficiência fotocatalítica. Com isso, para melhorar a eficiência do ZnO tem-se que intensificar a excitação do semicondutor sob irradiação visível e diminuir a recombinação do par h+/e-. Uma maneira eficaz de aumentar sua fototividade é acoplá-lo a outro semicondutor por meio de heterojunções do tipo II ou de esquema Z. Nestes tipos de heterojunções, o potencial das bandas de condução e de valência dos semicondutores são diferentes, promovendo a transferência de carga fotogenerada entre eles, aumentando o tempo de recombinação e, consequentemente, a atividade fotocatalítica do material. No caso deste projeto, o semicondutor a ser acoplado ao ZnO deverá possuir banda condução (BC) mais negativa do que a do material supracitado, sendo o ZnS e o g-C3N4 selecionados para tal fim. No entanto, estes sistemas binários possuem área superficial e tempos de recombinação baixos, o que reduz substancialmente suas atividades fotocatalíticas. Adicionalmente, o problema da baixa área superficial será suprimido pelo acoplamento do (g-C3N4 ou ZnS)/ZnO com xerogel de carbono (XC), pois este apresenta excelente condutividade elétrica, elevada área superficial e porosidade, além de sua estrutura porosa ser facilmente manipulada por modificações nos parâmetros de síntese. Será usado tanino ao invés de resorcinol como precursor do XC, o que irá diminuir os custos e impactos ambientais, além de acrescentar valor à inovação tecnológica proposta. A espectroscopia por refletância difusa será a técnica empregada para determinação da energia de gap das amostras e da quantidade de poluente orgânico persistente adsorvido nas mesmas. A morfologia, a análise elementar, e a estrutura cristalina dos materiais obtidos serão determinadas por microscopia eletrônica de varredura, espectrômetria de energia dispersiva, e difratometria de raios X, respectivamente. A ação fotocatalítica do material será avaliada através da decomposição de 4-clorofenol em reator em batelada e reator de leito fluidizado. (AU)

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; CAETANO PINTO SILVA, MARIA LUCIA; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Effect of synthesis medium on structural and photocatalytic properties of ZnO/carbon xerogel composites for solar and visible light degradation of 4-chlorophenol and bisphenol A. COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS, v. 584, JAN 2 2020. Citações Web of Science: 1.
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; BACETTO, LETICIA ARAUJO; DOS SANTOS, GABRIELA SPIRANDELLI; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; BARROS MACHADO, JOAO PAULO; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Synthesis of novel ZnO/carbon xerogel composites: Effect of carbon content and calcination temperature on their structural and photocatalytic properties. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 45, n. 3, p. 3657-3667, FEB 15 2019. Citações Web of Science: 1.

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