Estudo de amino-antraquinonas para Reação de Redução do Oxigênio visando geração de H2O2 in situ em reator eletroquímico

• Processo: 24/10645-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
• Pesquisador responsável: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Beneficiário: Beatriz Tavoloni Marin
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/12895-1 - Processos avançados para a degradação de poluentes emergentes: materiais catalíticos, sensores eletroanalíticos e divulgação científica, AP.TEM
• Assunto(s): Reatores eletroquímicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Eletrodo de Difusão Gasosa | Eletrogeração de Peróxido de Hidrogênio | Modificadores Orgânicos em materiais carbonáceos | reação de redução do oxigênio | reator eletroquímico | técnicas avançadas de tratamento de águas residuárias

Resumo

A tecnologia eletroquímica permite a eletrogeração in situ de H2O2 a partir da reação de redução do oxigênio via 2 elétrons (2e- RRO), utilizando materiais carbonáceos como catalisadores. Com a finalidade de diminuir os sobrepotenciais necessários para a 2e- RRO, o uso de modificadores orgânicos no carbono, como a classe das aminos antraquinonas, podem trazem vantagens ao sistema, visto que o grupo amino são doadores de elétrons para o anel. Assim, a presença dos modificadores gera um efeito sinérgico com o carbono, deslocando o potencial para valores positivos e, consequentemente, diminuindo o gasto energético do sistema. A partir disso, o presente trabalho pretende estudar a influência de diferentes aminos antraquinonas (variando a posição do grupo substituinte) como modificadores do carbono Printex L6 para 2e- RRO. Para isso, serão realizados estudos eletrocatalíticos, tais como voltametria cíclica, voltametria de varredura linear, espectroscopia de impedância eletroquímica e cronoamperometria, e foto-eletrocatalíticos, principalmente para avaliar possível foto-corrente. Os estudos serão realizados para os materiais modificados com diferentes proporções mássicas de cada modificador orgânico. Também serão realizadas análises de caracterização estrutural tais como microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia de força atômica (AFM), Espectroscopia de fotoelétrons na região de Raio X (XPS), ângulo de contato, e área superficial por fissisorção de N2 do carbono modificado. Para além, o trabalho pretende exemplificar um mecanismo via 2e- a fim de compreender como o grupo substituinte interfere no processo de eletrogeração do oxidante. Por fim, as melhores condições serão utilizadas para eletrogeração de H2O2 no eletrodo de difusão gasosa (EDG) em uma célula de bancada e em um reator eletroquímico de fluxo, a fim de mostrar a aplicabilidade do eletrodo confeccionado em escalas próximas a industrial.