Desenvolvimento de compósitos ternários ZnO/Bi2O3/Xerogel de carbono como fotocatalisadores para a degradação de poluentes orgânicos persistentes

• Processo: 18/16360-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2019
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2022
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• 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): Fotocatálise Poluentes orgânicos Desenvolvimento de novos materiais Óxido de zinco Bismuto Xerogel Carbono
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: fotocatalise | Óxido de Bismuto | Óxido de Zinco | Poluentes Orgânicos Persistentes | Xerogel de carbono | 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 compósitos ternários baseados em óxido de zinco, óxido de bismuto e xerogel de carbono, sensíveis à radiação da luz visível, para aplicação em processos fotocatalíticos empregando luz solar. Para tanto, será estudada a preparação do compósito ZnO/Bi2O3/Xerogel de carbono, uma vez que o acoplamento dos semicondutores por meio de heterojunções de tipo II ou de esquema Z é benéfico ao processo fotocatalítico. 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. 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. Serão realizadas variações nos parâmetros do processo, tais como, rota de síntese (aquosa ou alcoólica, utilizando catalisador ácido ou básico), razão semicondutor/matriz carbonosa, modificação do precursor carbonoso e variação na temperatura de calcinação, para obtenção de géis de carbono com diferentes características morfológicas, 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. 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 dos óxidos. 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

(26)

(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; TOREZIN, FERNANDA AZZONI; JUCA DANTAS, GUSTAVO VIEGAS; MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; GAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. TiO2/Nb2O5/carbon xerogel ternary photocatalyst for efficient degradation of 4-chlorophenol under solar light irradiation. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 46, n. 10, A, p. 14505-14515, JUL 2020. (13/02762-5, 18/16360-0, 18/12035-7, 18/10492-1, 17/10118-0)

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; ANTONIO ROUPINHA, LAIS HELENA; DOS SANTOS, GABRIELA SPIRANDELLI; CANUTO DE MENEZES, BEATRIZ ROSSI; MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; JUCA DANTAS, GUSTAVO VIEGAS; CHAGURI, LIVIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Synthesis, characterization and application of Nb2O5-doped zinc oxide for solar-based photodegradation of 4-chlorophenol. Materials Letters, v. 275, SEP 15 2020. (13/02762-5, 18/16360-0, 18/12035-7, 18/10492-1, 17/10118-0)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; ROCHA, ROBSON DA SILVA; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; LANDERS, RICHARD; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Facile preparation of Bi-doped ZnO/beta-Bi2O3/Carbon xerogel composites towards visible-light photocatalytic applications: Effect of calcination temperature and bismuth content. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 46, n. 15, p. 23895-23909, OCT 15 2020. (13/02762-5, 18/16360-0, 18/12035-7, 18/10492-1, 17/10118-0)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; GOES, CLARICE MOREIRA; SPERANDIO, DANIEL COUTO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; PARAMASIVAM, THANGADURAI; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Development of a new zinc oxide/tin oxide/carbon xerogel photocatalyst for visible light photodegradation of 4-chlorophenol. MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING B-ADVANCED FUNCTIONAL SOLID-STATE MATERIALS, v. 269, JUL 2021. (18/16360-0, 18/10492-1, 17/10118-0, 19/03641-3, 13/02762-5, 18/12035-7)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; ANSELMO, RODRIGO BARBOSA; BACANI, REBECA; SARTOR, LUIS OTAVIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES; CHAGURI, LIVIA. Effect of fluoride on the properties of spray-dried niobium-based composites: structure, porosity, particle size, morphology, and photoactivity. Chemical Engineering Communications, OCT 2021. (19/07046-2, 17/03428-2, 18/10492-1, 18/16360-0)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; GOES, CLARICE MOREIRA; ROCHA, ROBSON DA SILVA; VICENTE GOUVEA, MAIRA ELIZABETH; DE SIERVO, ABNER; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Tannin-based carbon xerogel as a promising co-catalyst for photodegradation processes based on solar light: a case study using the tin (IV) oxide/carbon xerogel composite. Chemical Engineering Communications, SEP 2021. (07/54829-5, 18/16360-0, 07/08244-5, 19/03641-3)

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DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; TOREZIN, FERNANDA AZZONI; JUCA DANTAS, GUSTAVO VIEGAS; MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; GAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. TiO2/Nb2O5/carbon xerogel ternary photocatalyst for efficient degradation of 4-chlorophenol under solar light irradiation. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 46, n. 10, p. 11-pg., 2020-07-01. (18/16360-0, 18/12035-7, 18/10492-1, 17/10118-0, 13/02762-5)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; ANSELMO, RODRIGO BARBOSA; SARTOR, LUIS OTAVIO; JUCA DANTAS, GUSTAVO VIEGAS; RODRIGUES, LIANA ALVARES; CHAGURI E CARVALHO, LIVIA. Spray drying as feasible processing technique to enhance the photocatalytic activity of the Nb2O5/carbon xerogel composite. Materials Letters, v. 273, AUG 15 2020. (17/03428-2, 18/10492-1, 18/16360-0)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; DOS SANTOS, GABRIELA SPIRANDELLI; NEVES, GABRIEL COSTA; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Development of Nb2O5-doped ZnO/Carbon xerogel photocatalyst for the photodegradation of 4-chlorophenol. OPTIK, v. 219, OCT 2020. (18/12035-7, 17/10118-0, 18/10492-1, 13/02762-5, 18/16360-0)

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DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; BOLDRIN, FLAVIO HENRIQUE COVOLAM; CAMPOS, TIAGO MOREIRA BASTOS; THIM, GILMAR PATROCINIO; YU, LIANQING; LANZA, MARCOS ROBERTO DE VASCONCELOS; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Black-wattle tannin/kraft lignin H3PO4-activated carbon xerogels as excellent and sustainable adsorbents. International Journal of Biological Macromolecules, v. 227, p. 13-pg., 2022-12-19. (17/10118-0, 18/10492-1, 18/16360-0, 22/04058-2)

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RODRIGUES, KARLA FAQUINE; DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; DOS SANTOS, ALAN SILVA; DO AMARAL MONTANHEIRO, THAIS LARISSA; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES; BRUNELLI, DEBORAH DIBBERN. Enhanced 4-chlorophenol Degradation under Visible and Solar Radiation through TiO2/g-C3N4 Z-Scheme Heterojunction. BIOINTERFACE RESEARCH IN APPLIED CHEMISTRY, v. 13, n. 3, p. 18-pg., 2023-06-15. (17/24873-4, 20/12874-9, 18/16360-0, 20/12507-6, 18/10492-1)

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DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; DOS SANTOS, RAFAELA DIAS MOREIRA; GOUVEA, MAIRA ELIZABETH VICENTE; DE SIERVO, ABNER; ROCHA, ROBSON DA SILVA; REDDY, DEVULAPALLI AMARANATHA; YU, LIANQING; LANZA, MARCOS ROBERTO DE VASCONCELOS; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Solar-based photocatalytic ozonation employing novel S-scheme ZnO/Cu₂O/CuO/carbon xerogel photocatalyst: effect of pH, salinity, turbidity, and temperature on salicylic acid degradation. Environmental Science and Pollution Research, v. 30, n. 43, p. 20-pg., 2023-08-22. (14/50945-4, 17/10118-0, 22/04058-2, 18/10492-1, 18/16360-0)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; CAMPOS, TIAGO MOREIRA BASTOS; THIM, GILMAR PATROCINIO; DE SIERVO, ABNER; LANZA, MARCOS ROBERTO DE VASCONCELOS; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Application of a new lignin/cellulose carbon xerogel/ZnO/Bi2O3/Bi degrees composite photocatalyst for the degradation of bisphenol-A under sunlight. CHEMICAL PHYSICS IMPACT, v. 6, p. 11-pg., 2023-02-23. (14/50945-4, 17/10118-0, 22/04058-2, 18/10492-1, 18/16360-0)

DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; DE SIERVO, ABNER; SILVA, TAYNARA OLIVEIRA; ROCHA, ROBSON DA SILVA; REDDY, D. AMARANATHA; YU LIANQING; DE VASCONCELOS LANZA, MARCOS ROBERTO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Kraft lignin-based carbon xerogel/zinc oxide composite for 4-chlorophenol solar-light photocatalytic degradation: effect of pH, salinity, and simultaneous Cr(VI) reduction. Environmental Science and Pollution Research, v. N/A, p. 17-pg., 2022-09-02. (18/10492-1, 14/50945-4, 07/54829-5, 07/08244-5, 17/10118-0, 18/16360-0)

NICOLAS PERCIANI DE MORAES; LETICIA ARAÚJO BACETTO; CLARICE MOREIRA GOES; GUSTAVO VIÉGAS JUCÁ DANTAS; MARIA LUCIA CAETANO PINTO DA SILVA; LIANA ALVARES RODRIGUES. Desenvolvimento de compósitos ZnC2O4/xerogel de carbono para degradação fotocatalítica de azul de metileno sob radiação solar. MATERIA-RIO DE JANEIRO, v. 26, n. 2, 2021-05-24. (18/10492-1, 19/03641-3, 18/16360-0)

Publicações acadêmicas

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

MORAES, Nicolas Perciani de. Desenvolvimento de compósitos ternários ZnO/Bi2O3/Xerogel de carbono como fotocatalisadores para a degradação de poluentes orgânicos persistentes. 2022. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Ciência e Engenharia dos Materiais (IFS/EES) Lorena.