Sistemas fotoeletrocatalíticos baseados em eletrodos de Ti/TiO2-CuO, NtTiO2-NsCuO, NtTiO2-ZrO2 e GDL-Cu2O aplicados de forma isolada e concomitantemente à oxidação da água, redução de CO2 dissolvido e oxidação de compostos orgânicos da água residual de petróleo

Autor(es)

Juliana Ferreira de Brito

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Araraquara. 2018-08-23.
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp). Instituto de Química. Araraquara
• Data de defesa: 2018-08-10
• Orientador: Maria Valnice Boldrin; Maria Valnice Boldrin

Resumo

O presente trabalho investigou materiais semicondutores aplicados em sistema fotocatalítico, eletrocatalítico e fotoeletrocatalítico com vistas a produzir a redução de CO2, oxidação da água, oxidação de compostos orgânicos da água residual de petróleo e redução de CO2 concomitante a oxidação de compostos orgânicos. Na primeira parte deste trabalho foi avaliado o desempenho dos eletrodos de heterojunção de dióxido de titânio e óxido de cobre II, na forma não nanoestruturada, Ti/TiO2-CuO, e em uma configuração de nanoestruturas, NtTiO2-NsCuO, para promover a redução fotoeletrocatalítica de CO2 com vistas a formação dos álcoois metanol e etanol. Empregando o eletrodo de Ti/TiO2-CuO em baixas temperaturas foi possível obter uma reação com 91% de seletividade a metanol, atingindo 0,30 mmol L-1 de formação após 2 h de reação. Em temperatura ambiente foi possível atingir a geração de 0,10 mmol L-1, mesmo valor obtido para o eletrodo completamente nanoestruturado de NtTiO2-NsCuO. Estudos com trapeadores de lacunas fotogeradas (eficientes oxidantes) mostraram que no sistema nanoestruturado competem com a concomitante oxidação de metanol, sendo necessário a separação destas lacunas no sistema. Na segunda parte deste trabalho estudou-se o reator híbrido fotoeletroquímico/eletroquímico empregando eletrodos de difusão de gás decorados com óxido de cobre I (GDL-Cu2O) e nanotubos de TiO2 decorados com óxido de cobre II (NtTiO2-CuO) para a redução eletroquímica de CO2 e a oxidação da água, respectivamente. O arranjo deste reator permitiu realizar ambas as reações simultaneamente em compartimentos separados por membrana trocadora de prótons, obtendo 0,027 mmol L-1 de formiato, 0,020 mmol L-1 de acetato e 0,050 µmol min-1 de hidrogênio após 24 h de reação. 98% de eficiência faradáica foi obtido para sistema irradiado com luz UV-Vis, mostrando ser possível promover a oxidação de compostos orgânicos concomitante à redução de CO2. Na terceira parte do trabalho investigou-se a eficiência de eletrodos de nanotubos de TiO2 em sistemas fotocatalíticos, ozonização, fotoeletrocatálise e ozonização acoplada a fotoeletrocatálise quando aplicados na oxidação da água residual de petróleo. A comparação entre as técnicas mostrou que com a ozonização fotoeletrocatalítica atingiu-se 97,6% de redução de cor, 99,9% na redução da turbidez, 99,2% de remoção de carbono inorgânico, 73,5% de redução da DQO, 35,3% de redução na concentração de cloreto e 96% na redução da concentração de fluoreto após 2h de reação. Os compostos remanescentes no processo foram: benzaldeído, álcool benzílico, octa-decano e ácido hexadecanóico detectados por CG-MS. Na quarta etapa deste trabalho estudou-se o sistema fotoeletrocatalítico composto por fotoânodo de NtTiO2-ZrO2 e o cátodo GDL-Cu2O para promover a oxidação de álcool benzílico no compartimento anódico, escolhido como composto modelo, visto que foi este um dos compostos mais resistente à oxidação fotoeletrocatalítica da água de petróleo, concomitante à redução de CO2 no compartimento catódico. Após 3 h de reação a oxidação do álcool benzílico atingiu 68%, concomitante a geração simultânea de 3,75 mmol L-1 de metanol e 0,96 mmol L-1 de etanol. Estes resultados são pioneiros e trazem uma nova perspectiva para os estudos de oxidação de poluentes concomitante a redução de CO2 em sistemas de amostras complexas por fotocatálise ou fotoeletrocatálise. (AU)

• Processo FAPESP: 13/25343-8 - Oxidação Simultânea de Compostos Orgânicos da Água Residual de Petróleo e Redução de CO2 Dissolvido por Fotoeletrocatálise
• Beneficiário: Juliana Ferreira de Brito
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado