Esfera flutuantes de aerogel a base de nanocelulose bacteriana (bcs) como suporte poroso para fotocatalisadores óxidos/sulfetos de metais e nanopartículas de conversão ascendente para purificação de água em fluxo contínuo em reator fotocatalitico avançado

• Processo: 23/04112-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisador Visitante - Internacional
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2026
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Inorgânica
• Pesquisador responsável: Rogéria Rocha Gonçalves
• Beneficiário: Rogéria Rocha Gonçalves
• Pesquisador visitante: Sajjad Ullah
• Instituição do Pesquisador Visitante: University Of Peshawar/Uop, Paquistão
• Instituição Sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/08111-2 - Materiais conversores de luz à base de terras raras: marcadores luminescentes, sensores e amplificadores ópticos, AP.TEM
• Assunto(s): Fotocatálise
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Bacterial Cellulose | Metal Oxide | photocatalysis | semiconductor | Upconversion Particles | water purification | Química de Materiais/Fotocatálise heterogênea

Resumo

Este projeto visa desenvolver esferas porosas de aerogéis de celulose bacteriana (BCS) revestidas separadamente com diferentes fotocatalisadores (TiO2, BiVO4, MoS2) para purificação de água fotocatalítica em fluxo contínuo, empregando um reator fotocatalítico prático usando luz solar intensa proveniente de um concentrador solar recentemente instalado na instituição colaborador. O pesquisador visitante, em colaboração com grupo de pesquisa em Materiais Fotônicos recentemente desenvolverem membranas (BC/TiO2 e BC/MoS2) para purificação de água em fluxo, mas elas sofrem de dois problemas principais: (i) curto tempo de contato entre os fotocatalisadores suportados pelas membranas e as moléculas dos contaminantes em água fluindo através das membranas e (ii) absorção limitada de luz por cada fotocatalisador em uma faixa de comprimento de onda específica e, principalmente, só no lado exposto à luz da membrana fotoativa. Além disso, a absorção significativa (ou baixa transmissão) de luz UV (necessária para fotoexcitação de TiO2) pela fibra óptica de vidro conectada ao concentrador solar também é um fator limitante quando a luz UV é necessária para fotocatálise. Para superar essas limitações e propor uma abordagem mais prática para a purificação de água, o projeto proposto seguirá duas estratégias, a saber: (i) empregar BCS flutuantes como suportes de alta área superficial e fácil recuperação para fotocatalisadores, revestindo-as com diferentes fotocatalisadores (TiO2, BiVO4/MoS2), bem como aerogéis mistos de nanopartículas de conversão ascendente (upconversion particles (UCPs) = NaYF4: Yb3+/Tm3+ ) e fotocatalisadores (BiVO4/TiO2) e (ii) projetar um reator fotocatalítico eficiente de fluxo contínuo contendo diferentes grânulos/esferas BCS@ fotocatalisadores, cada um com sua faixa característica de absorção de luz solar/aplicação. A alta fotoatividade inerente de TiO2 sob luz UV (Eg = 3,2 eV), e de BiVO4 (Eg = 2,6 eV) e MoS2 (Eg = 1,41,9 eV) sob luz visível e de sistema UCPs/fotocatalisadores sob luz NIR, juntamente a iluminação efetiva de BCS@fotocatalisadores com luz solar intensa de um concentrador permitirá a purificação da água em fluxo em tempo real com alta eficiência. Vários parâmetros, como a composição dos fotocatalisadores, o efeito do modo de deposição e a carga total dos fotocatalisadores, o desenho do reator fotocatalítico e a dinâmica do fluxo serão explorados para serem posteriormente estudados em continuidade por alunos de graduação/pós-graduação no grupo anfitrião. A conclusão bem-sucedida do projeto levará a uma quantidade significativa de informações sobre a purificação de água e o desenvolvimento de uma sistema prático de reator de purificação de água. Além do projeto de pesquisa, outras atividades a serem realizadas durante a visita incluem (i) workshops/minicursos sobre preparação e caracterização de nanomateriais funcionais usando DRX, DRS (Refletância difusa em UV-visível) e MEV-EDX/WDX, (ii) ministrar seminários sobre as atividades de pesquisa do pesquisador visitante na instituição anfitriã, bem como em instituições acadêmicas vizinhas, (iii) participação em projetos de pesquisa em andamento na instituição anfitriã e instituições colaboradores (vi) assistência na análise de dados e redação de manuscritos/artigos (AU)