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Avaliação fotocatalítica do compósito g-C3N4/xerogel de carbono/ZnO na fotodegradação de 4-clorofenol em reator de leito fluidizado e em reator em batelada

Processo: 18/06361-9
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de julho de 2018
Vigência (Término): 30 de junho de 2019
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Liana Alvares Rodrigues
Beneficiário:Livia Kent Paiva
Instituição-sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
Assunto(s):Semicondutores   Heterojunção   Óxido de zinco   Fotocatálise

Resumo

Neste projeto, pretende-se explorar o desenvolvimento de fotocatalisadores híbridos g-C3N4/xerogel de carbono/ZnO, visando aumentar a eficiência quântica do processo de degradação de poluentes orgânicos, sendo esta, a maior inovação tecnológica, considerando que o efeito catalítico deste híbrido nunca foi estudado na literatura. O nitreto de carbono grafítico (g-C3N4) pode ser facilmente obtido pela polimerização de precursores ricos em nitrogênio (melanina, uréia, etc) e possui bandgap baixo (Eg~2.7 eV), adequado para impulsionar as reações de degradação de poluentes orgânicos. No entanto, o g-C3N4 possui área superficial e tempo de recombinação baixos, o que reduz substancialmente sua atividade fotocatalítica. Uma maneira eficaz de aumentar a fototividade é acoplar o g-C3N4 com ZnO por meio de heterojunções de 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. Adicionalmente, o problema da baixa área superficial será suprimido pelo acoplamento do g-C3N4/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.