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Fotodegradação de 4-clorofenol usando compósito ZnO/SnO2/xerogel de carbono como catalisador

Processo: 19/03641-3
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de maio de 2019
Vigência (Término): 30 de abril de 2020
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Liana Alvares Rodrigues
Beneficiário:Clarice Moreira Goes
Instituição-sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
Assunto(s):Poluentes orgânicos   Fotodegradação   Catalisadores   Fotocatálise   Semicondutores   Xerogel   Óxido de zinco

Resumo

Com esse projeto, deseja-se explorar o desenvolvimento de novos fotocatalisadores híbridos utilizando um material ternário formado por dois semicondutores e uma matriz carbonosa de xerogel de carbono, visando aumentar a eficiência quântica do processo de fotodegradação. Ele terá o enfoque na degradação de poluentes orgânicos persistentes (POPs), utilizando o 4-clorofenol como referência nos testes de degradação. A fotocatálise aplicada a degradação dos POPs tem sido cada vez mais estudada devido a sua capacidade de degradar compostos tóxicos a atóxicos. Os semicondutores selecionados foram o ZnO e o SnO2, sendo essa combinação de compostos a maior inovação tecnológica do projeto, considerando que o efeito catalítico deste sistema ternário nunca foi estudado na literatura. O ZnO foi escolhido por apresentar propriedades como a habilidade de absorver em uma boa parte do espectro solar, gerar H2O2 de forma eficiente, e apresentar uma superfície mais reativa, com um maior número de sítios de reação. Entretanto, ele apresenta fotocorrosão e baixa absorção na região do visível o que resulta em uma recombinação mais rápida e consequentemente diminuição da eficiência da fotocatálise. Assim, uma forma de resolver esse contratempo é o acoplamento entre dois condutores por meio de heterojunções do tipo II ou de esquema Z, que conseguem promover a transferência de cargas fotogeradas de um semicondutor para o outro e consequentemente melhorar a eficiência de separação das mesmas, resultando num aumento eficiência fotocatalítica. O SnO2 foi escolhido pois para esse tipo de heterojunção é necessário que as bandas de condução e valência dos semicondutores sejam diferentes. Entretanto a heterojunção ainda não é o suficiente para atingir o nível de degradação desejado no visível, assim será adicionado aos semicondutores o xerogel de carbono proveniente do tanino, por este ser uma escolha mais ecológica e de menor custo. O xerogel de carbono apresenta excelente condutividade elétrica, elevada área superficial e porosidade, que pode ser facilmente manipulada. Para a determinação da energia de gap e da quantidade de poluente adsorvido pelas amostras será utilizada a espectroscopia por refletância difusa. Já a morfologia, a análise elementar, e a estrutura cristalina dos materiais obtidos serão obtidas 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.