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

Processo: 16/20920-5
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Mestrado
Vigência (Início): 01 de junho de 2017
Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2019
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Convênio/Acordo: 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

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 (5)
(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; 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: 0.
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. Citações Web of Science: 0.
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. Citações Web of Science: 0.
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. Citações Web of Science: 1.
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. Citações Web of Science: 9.

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