Produção eletrocatalítica de amônia verde a partir da conversão seletiva de óxidos de nitrogênio

• Processo: 24/06318-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Lucia Helena Mascaro Sales
• Beneficiário: Isabelle Maria Duarte Gonzaga
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/12394-0 - Métodos sintéticos sustentáveis empregando catálise, solventes verdes, reagentes seguros e materiais de partida renováveis, AP.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/22463-7 - Processo eletroquímico de acoplamento C-N: Síntese de uréia a partir da captura direta de carbono no ar com águas residuais de nitrato, BE.EP.PD
• Assunto(s): Amônia Nitratos Óxidos mistos Ureia Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: amônia | Nitrato | óxidos mistos | ureia | Eletroquímica

Resumo

O nitrato é um contaminante frequentemente encontrado em corpos d'água. O acúmulo desta substância é nocivo aos seres vivos, sendo provenientes da combustão de derivados de petróleo, uso excessivo de fertilizantes, e descarga de águas residuais. Devido a isso, torna-se importante diminuir sua recorrência no meio ambiente. Entretanto, apenas reduzir e eliminar não é suficiente, o mais viável é ir do tratamento de resíduos para a produção dos recursos, ou seja, o conceito de economia circular. Diversos trabalhos mostram que é possível a conversão de nitratos em subprodutos de interesse, como amônia e ureia, que são produtos utilizados na produção de fertilizantes para a agricultura. Essa conversão é um processo possível e vantajoso, porém baseados em materiais de alto custo (como a platina). Assim, este projeto tem como objetivo a síntese, caracterização e aplicação de eletrocatalisadores produzidos de uma mistura de óxidos metálicos de titânio (TiO2) e cobre (CuOx), por estes materiais serem abundantes no planeta, de baixo custo e terem demostrado uma alta atividade eletrocatalítica para a redução de nitrato (NO3RR). Filmes de óxidos mistos apresentam maior estabilidade, atividade, maior área superficial, e seletividade quando comparados a platina em diferentes processos eletroquímicos. Os óxidos serão depositados em um substrato de titânio para a formação dos filmes do tipo (CuOx)y-(TiO2)1-y/Ti variando sua proporção molar para avaliar a influência de cada um na resposta do material. A caracterização física será realizada por técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, análise por energia dispersiva e espectroscopia Raman. As caracterizações eletroquímicas serão feitas por técnicas voltamétricas e espectroscopia de impedância eletroquímica. Ainda, será avaliado o desempenho eletrocatalítico na NO3RR para produzir NH3 ou outros subprodutos de interesse, utilizando os materiais desenvolvidos em escala laboratorial. A eficiência dos eletrodos no processo será avaliada através de técnicas cromatográficas e espectroscopia UV-Vis. Posteriormente será realizada a otimização dos parâmetros operacionais para o processo. Por fim, serão realizados testes em águas reais com alta concentração de nitratos para analisar a viabilidade de produção de fertilizantes para pequenos produtores agrícolas.