Fotocatálise heterogênea aplicada na degradação de poluentes orgânicos utilizando catalisador híbrido de óxido de zinco-xerogel de carbono

• Processo: 16/20920-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2017
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2019
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Acordo de Cooperação: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
• Pesquisador responsável: Liana Alvares Rodrigues
• Beneficiário: Nicolas Perciani de Moraes
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Assunto(s): Semicondutores Catálise Óxido de zinco Fotocatálise
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: fotocatalise | Óxido de Zinco | refletância difusa | semicondutores | ZnO-xerogel de carbono | catálise

Resumo

Este projeto irá gerar conhecimentos científicos que possam fornecer meios para aumentar a competitividade e a base tecnológica da EEL/USP no desenvolvimento de novos materiais. Pretende-se explorar o desenvolvimento de semicondutores à base de zinco sensíveis à radiação da luz visível para aplicação em processos fotocatalíticos empregando luz solar. Para tanto, será estudada a preparação do compósito ZnO-xerogel de carbono, uma vez que a sensibilidade à luz visível do óxido de zinco puro é baixa. O uso do xerogel de carbono na preparação do semicondutor-material carbonoso, além de originar um compósito com maior sensibilidade à luz visível, é justificado pela excelente condutividade elétrica, elevada área superficial e porosidade. A escolha do tanino como precursor do xerogel visa à diminuição de custos e impactos ambientais, além de acrescentar valor à inovação tecnológica proposta. Serão realizadas variações nos parâmetros do processo, tais como, rota de síntese (aquosa ou alcoólica), razão semicondutor/matriz carbonosa, pH e temperatura de calcinação para obtenção de géis de carbono com diferentes características morfologicas, dispersão da fase inorgânica na fase orgânica, capacidade de adsorção e eficiência fotocatalítica. Através da modificação do pH da reação, será controlado o tipo de partículas (poliméricas ou coloidais) que constituem o gel de carbono. Com o estudo da razão semicondutor/xerogel de carbono, será possível a estimativa do valor ótimo no qual o material apresenta maior atividade fotocatalítica sob radiação da luz visível. Uma vez que, para valores elevados o material apresenta comportamento similar ao do ZnO puro, apresentando pouca sensibilidade nesta região, e para valores baixos, o material não apresenta atividade fotocatalítica apreciável. O estudo do tipo de solvente utilizado na síntese dos compósitos é fundamental, pois este afeta diretamente a uniformidade morfológica, a taxa de reação e o encolhimento do material durante a etapa de cura e calcinação, parâmetros que interferem na etapa de adsorção e de fotodegradação do processo fotocatalítico. A determinação da temperatura ótima de calcinação é importante para avaliação do efeito sinergético entre capacidade de adsorção e atividade fotocatalítica dos materiais preparados, resultando em um material com maior sensibilidade à radiação da luz visível para aplicação em processos fotocatalíticos empregando luz solar. Além disso, o estudo da temperatura de calcinação permitirá a avaliação do efeito da presença do xerogel na temperatura de cristalização do ZnO. A ação fotocatalítica do material será avaliada através da decomposição de 4-clorofenol e bisfenol A, poluentes orgânicos altamente tóxicos e de baixa biodegradabilidade. A espectroscopia por refletância difusa será a técnica empregada para determinação da energia de gap das amostras. A porosidade, a morfologia, a análise elementar, a analise química e a estrutura cristalina dos materiais obtidos serão determinadas por isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura, espectrometria de energia dispersiva e difratometria de raios X, respectivamente. A técnica de calorimetria exploratória diferencial será utilizada para obtenção de informações sobre eventos químicos e físicos sofridos pelas amostras durante o aquecimento e a termogravimetria para a determinação da estabilidade térmica dos materiais. Informações complementares acerca da estrutura dos materiais serão obtidas através das espectroscopias Raman e no infravermelho. (AU)

Publicações científicas

(8)

(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. (18/10492-1, 17/10118-0, 18/16360-0, 13/02762-5, 18/12035-7, 16/20920-5)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILTNAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Zinc oxide/carbon xerogel composites for photocatalytic applications developed through acidic and alkaline synthesis routes: structural, morphological, and photocatalytic evaluations. JOURNAL OF NANOPARTICLE RESEARCH, v. 22, n. 6, JUN 5 2020. (13/02762-5, 18/10492-1, 18/16360-0, 18/12035-7, 17/10118-0, 16/20920-5)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; SILVA, FERNANDA NASCIMENTO; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Methylene blue photodegradation employing hexagonal prism-shaped niobium oxide as heterogeneous catalyst: Effect of catalyst dosage, dye concentration, and radiation source. Materials Chemistry and Physics, v. 214, p. 95-106, AUG 1 2018. (15/08995-7, 16/04244-0, 16/20920-5)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Effect of metal doping in the photocatalytic properties of carbon xerogel-Nb2O5 composite towards visible light degradation of methylene blue. Materials Letters, v. 228, p. 486-489, OCT 1 2018. (16/20920-5, 16/04244-0, 15/08995-7)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; BACETTO, LETICIA ARAUJO; PAIVA, LIVIA KENT; DOS SANTOS, GABRIELA SPIRANDELLI; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Novel and inexpensive Nb2O5/tannin-formaldehyde xerogel composites as substitutes for titanium dioxide in photocatalytic processes. Journal of Sol-Gel Science and Technology, v. 89, n. 2, p. 571-585, FEB 2019. (15/08995-7, 16/04244-0, 16/20920-5)

DOS SANTOS, GABRIELA SPIRANDELLI; GOES, CLARICE MOREIRA; MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; CHAGURI, LIVIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Evaluation of ZnO/Carbon Xerogel Composite as a Photocatalyst for Solar and Visible Light Degradation of the Rhodamine B Dye. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, v. 21, n. 4, p. 2292-2301, APR 2021. (17/03428-2, 18/16360-0, 19/03641-3, 16/20920-5, 18/10492-1)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; NEVES, GABRIEL COSTA; TOREZIN, FERNANDA AZZONI; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Effect of synthesis route in the photocatalytic, structural and morphological properties of carbon xerogel-Nb2O5 composites. Inorganic Chemistry Communications, v. 98, p. 145-149, DEC 2018. (15/08995-7, 16/04244-0, 16/20920-5)

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. (18/10492-1, 16/04244-0, 15/08995-7, 16/20920-5)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

MORAES, Nicolas Perciani de. Fotocatálise heterogênea aplicada na degradação de poluentes orgânicos utilizando catalisador híbrido de óxido de zinco-xerogel de carbono. 2019. Dissertação de Mestrado - Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de Lorena (EEL/ASDI) Lorena.