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

Processo: 18/16360-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de março de 2019
Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2022
Área do 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):Poluentes orgânicos persistentes   Fotocatálise   Poluentes orgânicos   Desenvolvimento de novos materiais   Óxido de zinco   Bismuto   Xerogel   Carbono

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)