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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):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)

Publicações científicas (9)
(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)
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. Citações Web of Science: 0.
MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; CHICUTA DA SILVA, THIAGO VIEIRA; DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Visible light-driven ZnO/g-C3N4/carbon xerogel ternary photocatalyst with enhanced activity for 4-chlorophenol degradation. Materials Chemistry and Physics, v. 256, DEC 1 2020. Citações Web of Science: 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. Citações Web of Science: 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. Citações Web of Science: 0.
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. Citações Web of Science: 0.
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. Citações Web of Science: 0.
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. Citações Web of Science: 0.
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. Citações Web of Science: 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. Citações Web of Science: 6.

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