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Nanoestruturas para a remediação ambiental e produção de energia a partir de fontes renováveis

Processo: 17/21846-6
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
Vigência: 01 de fevereiro de 2018 - 31 de janeiro de 2020
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Mauro Coelho dos Santos
Beneficiário:Mauro Coelho dos Santos
Instituição-sede: Centro de Ciências Naturais e Humanas (CCNH). Universidade Federal do ABC (UFABC). Ministério da Educação (Brasil). Santo André , SP, Brasil
Pesq. associados:Almir Oliveira Neto ; Lucia Codognoto de Oliveira ; Marcelo Luiz Calegaro ; Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza ; Pedro Henrique Cury Camargo ; Peter Hammer
Assunto(s):Eletroquímica  Materiais nanoestruturados  Processos oxidativos avançados  Células de combustível  Eletrocatálise  Etanol  Eletrodos  Peróxido de hidrogênio 

Resumo

Este projeto tem por objetivo a aplicação de nanomateriais para dois fins: 1) Na eletrogeração de peróxido de hidrogênio pela reação de redução de oxigênio (RRO), visando aplicar este produto em Processos Eletroquímicos Oxidativos Avançados (PEOAs) para fins de degradação de poluentes orgânicos (corantes RB5, Sunset Yellow, Orange II, Ethion, Malation, 17 ±-etinilstradiol e Paracetamol), com o intuito de tratamento de águas reais de lavanderias, água da represa Billings e descarte de hospitais, e 2) Produção de eletrocatalisadores para serem testados em células a combustível de etanol direto alcalinas e ácidas com o intuito de produção de energia limpa e renovável. Na primeira parte os processos podem ser realizados envolvendo a utilização de irradiação de luz UV, reação de Fenton, fotoeletro-Fenton, entre outros. Com esta perspectiva, eletrocatalisadores nanoestruturados (nanopartículas, nanobarras e nanoflores) W, Ce, Co, V, Sn, Mn, Ni suportados em carbono de alta área superficial e/ou em nanotubos de carbono, com ou sem a presença de Au, serão preparados e utilizados como eletrodos de difusão de gás (cátodos) em reatores para a degradação dos corantes, pesticidas, fármacos e hormônio, tendo como anodos Pt e Diamante dopado com boro (DDB) com diferentes dopagens (2500 e 5000 ppm). Na segunda parte eletrocatalisadores de nanobarras de CeO2, nanopartículas e nanoestruturas poligonais definidas de Pt, Sn, Ce, Pd e Nb, Pr, Zr, La, Pr e nanotubos/grafeno como suportes serão utilizados em situações de meia célula, em testes acelerados de estresse, e em células a combustível alcalinas e/ou ácidas para a produção de energia, sendo que a espectroscopia por ATR-FTIR in situ será utilizada para a identificação e quantificação de produtos formados durante os processos de oxidação de etanol (glicerol e etileno glicol). Os materiais serão caracterizados por técnicas físicas tais como Difração de Raios - X (DRX), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X (XPS), onde serão avaliados aspectos como: tamanho de partícula, fases e formação das nanoestruturas. A eficiência dos eletrocatalisadores será primeiramente avaliada por meio de técnicas voltamétricas (voltametria de varredura linear para a RRO), utilizando-se um eletrodo de disco-anel rotatório, depois utilização de eletrodos de difusão de gás e reatores para a degradação dos poluentes orgânicos. Na degradação dos poluentes orgânicos utilizando-se eletrodos de difusão de gás e processos eletroquímicos oxidativos avançados (PEOAs), os processos serão acompanhados por técnicas como (HPLC), Medida de Concentração de Carbono Orgânico Total Dissolvido (TOC) e cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas. Voltametria e cronoamperometria para a oxidação de etanol, espectroscopia ATR-FTIR in situ para identificação e quantificação de produtos, experimentos em células a combustível de etanol direto para avaliação dos melhores eletrocatalisadores. O desenvolvimento do projeto visa desenvolver nanomateriais para a eletrogeração de peróxido de hidrogênio in-situ, além da utilização de PEOAs para a geração de radicais hidroxila com o peróxido eletrogerado em solução, para a degradação de RB5, Sunset Yellow, Orange II, Ethion, Malation, 17 alfa etinilstradiol e Paracetamol. Além, é claro da produção de energia limpa e renovável a partir de células a combustível de etanol direto. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Livro mostra benefícios ambientais das tecnologias eletroquímicas 

Publicações científicas (11)
(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)
PARREIRA, LUANNA S.; ANTONIASSI, RODOLFO M.; FREITAS, ISABEL C.; DE OLIVEIRA, DANIELA C.; SPINACE, ESTEVAM V.; CAMARGO, PEDRO H. C.; DOS SANTOS, MAURO C. MWCNT-COOH supported PtSnNi electrocatalysts for direct ethanol fuel cells: Low Pt content, selectivity and chemical stability. RENEWABLE ENERGY, v. 143, p. 1397-1405, DEC 2019. Citações Web of Science: 0.
PAZ, EDSON C.; PINHEIRO, VICTOR S.; AVEIRO, LUCI R.; SOUZA, FERNANDA L.; LANZA, V, MARCOS R.; SANTOS, MAURO G. Hydrogen Peroxide Electrogeneration by Gas Diffusion Electrode Modified with Tungsten Oxide Nanoparticles for Degradation of Orange II and Sunset Yellow FCF Azo Dyes. Journal of the Brazilian Chemical Society, v. 30, n. 9, p. 1964-1975, SEP 2019. Citações Web of Science: 0.
BARBOSA, EDUARDO C. M.; PARREIRA, LUANNA S.; DE FREITAS, ISABEL C.; AVEIRO, LUCI R.; DE OLIVEIRA, DANIELA C.; DOS SANTOS, MAURO C.; CAMARGO, PEDRO H. C. Pt-Decorated TiO2 Materials Supported on Carbon: Increasing Activities and Stabilities toward the ORR by Tuning the Pt Loading. ACS APPLIED ENERGY MATERIALS, v. 2, n. 8, p. 5759-5768, AUG 2019. Citações Web of Science: 0.
GENTIL, TUANI C.; PINHEIRO, VICTOR S.; PAZ, EDSON C.; SOUZA, FELIPE M.; PARREIRA, LUANNA S.; SANTOS, MAURO C. Addition of CeO2 Nanorods in PtSn-Based Electrocatalysts for Ethanol Electrochemical Oxidation in Acid Medium. Journal of the Brazilian Chemical Society, v. 30, n. 8, p. 1634-1646, AUG 2019. Citações Web of Science: 0.
PEDRON, TATIANA; SEGURA, FABIANA ROBERTA; PANIZ, FERNANDA POLIO; SOUZ, FELIPE DE MOURA; DOS SANTOS, MAURO COELHO; DE MAGALHAES JUNIOR, ARIANO MARTINS; BATISTA, BRUNO LEMOS. Mitigation of arsenic in rice grains by polishing and washing: Evidencing the benefit and the cost. JOURNAL OF CEREAL SCIENCE, v. 87, p. 52-58, MAY 2019. Citações Web of Science: 0.
SOUZA, FELIPE DE MOURA; PANIZ, FERNANDA POLLO; PEDRON, TATIANA; DOS SANTOS, MAURO COELHO; BATISTA, BRUNO LEMOS. A high-throughput analytical tool for quantification of 15 metallic nanoparticles supported on carbon black. HELIYON, v. 5, n. 3 MAR 2019. Citações Web of Science: 0.
PINHEIRO, VICTOR S.; PAZ, EDSON C.; AVEIRO, LUCI R.; PARREIRA, LUANNA S.; SOUZA, FELIPE M.; CAMARGO, PEDRO H. C.; SANTOS, MAURO C. Mineralization of paracetamol using a gas diffusion electrode modified with ceria high aspect ratio nanostructures. Electrochimica Acta, v. 295, p. 39-49, FEB 1 2019. Citações Web of Science: 2.
AVEIRO, L. R.; DA SILVA, A. G. M.; CANDIDO, E. G.; ANTONIN, V. S.; PARREIRA, L. S.; PAPAI, R.; GAUBEUR, I; SILVA, FERNANDO L.; LANZA, V, M. R.; CAMARGO, P. H. C.; SANTOS, M. C. Application and stability of cathodes with manganese dioxide nanoflowers supported on Vulcan by Fenton systems for the degradation of RB5 azo dye. Chemosphere, v. 208, p. 131-138, OCT 2018. Citações Web of Science: 4.
PAZ, EDSON C.; AVEIRO, LUCI R.; PINHEIRO, VICTOR S.; SOUZ, FELIPE M.; LIMA, VERONICA B.; SILVA, FERNANDO L.; HAMMER, PETER; LANZA, V, MARCOS R.; SANTOS, MAURO C. Evaluation of H2O2 electrogeneration and decolorization of Orange II azo dye using tungsten oxide nanoparticle-modified carbon. APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL, v. 232, p. 436-445, SEP 15 2018. Citações Web of Science: 13.
AVEIRO, LUCI R.; DA SILVA, ANDERSON G. M.; ANTONIN, VANESSA S.; CANDIDO, EDUARDO G.; PARREIRA, LUANNA S.; GEONMONOND, RAFAEL S.; DE FREITAS, ISABEL C.; LANZA, MARCOS R. V.; CAMARGO, PEDRO H. C.; SANTOS, MAURO C. Carbon-supported MnO2 nanoflowers: Introducing oxygen vacancies for optimized volcano-type electrocatalytic activities towards H2O2 generation. Electrochimica Acta, v. 268, p. 101-110, APR 1 2018. Citações Web of Science: 9.
SOUZA, F. MOURA; NANDENHA, J.; BATISTA, B. L.; OLIVEIRA, V. H. A.; PINHEIRO, V. S.; PARREIRA, L. S.; NETO, A. O.; SANTOS, M. C. PdxNby electrocatalysts for DEFC in alkaline medium: Stability, selectivity and mechanism for FOR. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 43, n. 9, p. 4505-4516, MAR 1 2018. Citações Web of Science: 6.

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