Potencializando a geração eletroquímica de H2O2 a partir de carbono ativado derivado de resíduos usando modificação de catalisador com Pd e Pt

• Processo: 23/04230-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 24 de julho de 2023
• Data de Término da vigência: 23 de julho de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
• Pesquisador responsável: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Beneficiário: Julio César Lourenço
• Supervisor: Marc Ledendecker
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Technical University of Munich, Straubing (TUM), Alemanha
• Vinculado à bolsa: 21/12053-8 - Uso de lodo de tratamento de esgoto na síntese de carbono ativo modificado com óxidos nano estruturados (Ce, Nb, Ta, e Pd ) e sua aplicação na geração eletroquímica de peróxido de hidrogênio, BP.PD
• Assunto(s): Tratamento de águas residuárias Peróxido de hidrogênio Oxirredução Uso de resíduos sólidos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: carbono ativo | estabilidade de catalisador | modificação dispersa atomicamente | peróxido de hidrogênio | Reação de Redução de Oxigênio | uso de resíduos sólidos | Técnicas Avançadas de Tratamento de Efluentes

Resumo

Contaminantes emergentes têm se tornado um grande problema na sociedade moderna, pois esses produtos causam um alto impacto ambiental e as estações tratamento de efluentes convencionais não removem completamente esses tipos de poluentes. Uma maneira eficiente de tratar tais contaminantes é por meio da utilização de Processos de Oxidativos Avançados (POA). Estes processos usam um poderoso agente oxidante para quebrar os poluentes. O radical hidroxila é comumente utilizado para esse fim e pode ser obtido pelo processo de redução do H2O2. Entre os materiais de carbono mais comuns usados para esses eletrodos estão os comercialmente disponíveis Printex 6L (Orion) e Vulcan XC 72R (Cabot). No entanto, sua produção infelizmente não é ecologicamente correta e não é sustentável, pois sua produção baseia-se na combustão incompleta de produtos petrolíferos pesados, como alcatrão de fluido de craqueamento catalítico, alcatrão de carvão ou alcatrão de craqueamento de etileno em temperaturas de até 2.000 °C, gerando gases de efeito estufa e outros poluentes. Embora o carbono amorfo possa ser obtido a partir de resíduos ricos em C, sua aplicação para geração eletroquímica de H2O2 ainda não foi estudada. Isso representa uma oportunidade para investigar potencialmente novos, sustentáveis e econômicos carbonos amorfos para esse fim. Embora o carbono puro gere uma boa quantidade de H2O2 em aplicações para eletrodos de difusão gasosa (EDG), a modificação da superfície destes materiais pode aumentar sua atividade catalítica e reduzir o consumo de energia. Esta proposta visa modificar o carbono ativado obtido a partir de resíduos sólidos, como lodo de esgoto e bagaço de cana-de-açúcar, com os metais Pd e Pt para a geração eletroquímica de H2O2. Claramente, um dos objetivos é obter sítios ativos de Pd e Pt dispersos atomicamente em carbonos derivados de resíduos e avaliar sua atividade e seletividade em relação ao peróxido de hidrogênio. A técnica de modificação empregada baseada na impregnação por umidade incipiente pode ajustar esses metais no suporte de carbono para melhorar sua atividade eletroquímica para a geração de H2O2. Outro objetivo desta proposta é avaliar a estabilidade do catalisador em condições adversas e implementar medidas para aumentar sua estabilidade geral. Para tanto, a estabilidade do catalisador será analisada por métodos operacionais dependentes de potencial para avaliar sua degradação após vários ciclos de potenciais aplicados, levando a uma condição ótima para aplicações voltadas a longo prazo. O carbono ativado obtido a partir dos resíduos já foram produzidos pelo candidato. Os melhores materiais modificados serão trazidos de volta ao Brasil para serem aplicados em uma planta em escala laboratorial para testar a geração eletroquímica de H2O2. Os catalisadores modificados com dispersões atômicas sobre o material utilizando baixas cargas de metais nobres são atrativos do ponto de vista econômico por utilizarem menores quantidades desses metais e do ponto de vista acadêmico, pois sendo este um estudo pioneiro sobre como essas modificações se comportarão em um suporte sustentável e de baixo custo. O desenvolvimento de tais materiais pode abrir uma nova linha de estudos para o desenvolvimento de outros tipos de materiais derivados de resíduos sólidos para geração eletroquímica de H2O2. (AU)