ppgq-programa-de-pos-graduacao-em-quimica
PPGQ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
universidade-federal-dos-vales-do-jequitinhonha-e-mucuri

Notícias

SEMICONDUTORES DE Nb2O5 E BiVO4 APLICADOS NA FOTODEGRADAÇÃO DE MOLÉCULAS ORGÂNICAS E NA REDUÇÃO DA ACIDEZ DO ÓLEO RESIDUAL DE FRITURA

Discente de Mestrado
FERNANDA BARBOSA DAMACENO

Titulado(a)
Defesa
Data: 28/02/2023
Horário: 08:00
Local: videoconferência
Status: Aprovada
Resumo
A fotocatálise heterogênea com semicondutores tem sido cada vez mais explorada para aplicações na área de energia renovável e descontaminação ambiental, devido a possibilidade de reutilização dos semicondutores, utilização de materiais de baixo custo, uso da radiação solar, entre outros. Embora existam vários estudos sobre processos de descontaminação de águas utilizando-se semicondutores, poucos trabalhos são encontrados com o uso destes materiais na produção de biodiesel, especificamente relacionados à redução de ácidos graxos livres de óleos residuais antes do processo de transesterificação. Neste sentido, o presente estudo teve como objetivo sintetizar fotocatalisadores (Nb2O5 e BiVO4), com o intuito de avaliar o potencial fotocatalítico destes materiais nas reações de fotodegradação dos corantes azul de metileno e índigo de carmim e na esterificação de ácidos graxos livres (AGL). Ambos os materiais foram sintetizados pelo método hidrotérmico, nas temperaturas de 120°C e 150°C, por 5h e caracterizados pelas técnicas de difração de raios-X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de reflectância difusa (DRS), microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foi obtido uma mistura de fases (Scheelite tetragonal e monoclínica) para o BiVO4 e uma estrutura de baixa cristalinidade para o Nb2O5. Os catalisadores BiVO4 não apresentaram fotoatividade significativa para decomposição dos poluentes modelos, os corantes, azul de metileno (MB) e índigo de carmim (IC) nas duas radiações (~10 a 20%), ultravioleta C (UVC) e visível. Já o Nb 2O5 demonstrou uma alta atividade fotocatalítica para estes poluentes principalmente na radiação ultravioleta C (UVC) (~35 a 100%). Foi realizada também a análise estatística ANOVA para verificar se as proximidades entre os valores da diminuição das concentrações dos corantes eram semelhantes ou diferentes. Com a finalidade de investigar melhor o processo de fotodegradação foi feito um estudo com o modelo cinético utilizando-se leis de velocidades integradas e tratamento estatístico chi-square. Com relação aos testes de redução de acidez de óleos residuais, na reação de esterificação não catalítica foi observado que o excesso de álcool utilizado (A/O = 20:1) fez com que a reação ocorresse, deslocando o equilíbrio da reação no sentido de formação dos produtos. Ao reduzir a quantidade de álcool (A/O = 5:1), a conversão de AGL foi diminuída. Na reação com o Nb2O5 a 120 e a 150°C, foi observado um aumento na redução de ácidos graxos livres, em relação à reação não catalítica, principalmente sob irradiação. Aumentos maiores foram observados com o uso do BiVO4 a 120 e a 150°C na radiação visível, cerca de 8,9 vezes, em comparação à reação não catalítica (sem radiação). Contudo, neste trabalho foi possível realizar a síntese e caracterização dos materiais semicondutores Nb2O5 e BiVO4 e aplicá-los na fotodegradação de moléculas orgânicas e na reação de esterificação para diminuir a acidez do óleo residual de fritura.
Palavras-chave
Fotocatálise heterogênea; semicondutores; pentóxido de nióbio; vanadato de bismuto e Síntese hidrotérmica
Abstract
Heterogeneous photocatalysis with semiconductors has been increasingly explored for applications in the area of renewable energy and environmental decontamination, due to the possibility of reuse of semiconductors, low-cost materials, use of solar radiation, among others. Although there are several studies about the water decontamination processes using semiconductors, few studies are found regarding the use of these materials in biodiesel production, specifically related to the reduction of free fatty acids in residual oils before the transesterification process. In this sense, the present study aimed to synthesize photocatalysts (Nb2O5 and BiVO4) in order to evaluate the photocatalytic potential of these materials in the photodegradation reactions of methylene blue and carmine indigo dyes as well as in the esterification of free fatty acids (FFA). Both materials were synthesized by the hydrothermal method, at temperatures of 120°C and 150°C, both for 5h. The synthesized materials were characterized by X- ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), diffuse reflectance (DRS), scanning electron microscopy (SEM). A mixture of phases (tetragonal and monoclinic Scheelite) was obtained for BiVO4, whereas for Nb2O5 was obtained a low crystallinity structure. The BiVO4 catalysts did not show significant photoactivity for the decomposition of the model pollutants, the dyes, methylene blue (MB) and carmine indigo (IC) under both irradiations (~10 to 20%), ultraviolet C (UVC) and visible radiations. On the other hand, Nb2O5 demonstrated a high photocatalytic activity for these pollutants, mainly under UVC irradiation (~35 to 100%). ANOVA statistical analysis was also performed to verify the relationship among the decrease of dye concentrations. In order to better investigate the photodegradation process, a study was carried out with the kinetic model of Langmuir and Freundlich using integrated rate laws and chi-square statistical treatment. In respect to the tests about the reduction in the acidity in residual oils, it was observed in non-catalytic esterification reaction that the excess of alcohol (W/O = 20:1) played an important role, shifting the reaction equilibrium to the products. By reducing the amount of alcohol (W/O = 5:1), FFA conversion was decreased. In the reaction with Nb2O5 at 120 and 150°C, an increase in the reduction of free fatty acids was observed in relation to the non-catalytic reaction, mainly under irradiation. Greater increases were observed with the use of BiVO4 at 120 and 150°C under visible radiation, about 8.9 times, compared to the non-catalytic reaction (without radiation). Keywords: Heterogeneous photocatalysis; Semiconductors; niobium pentoxide; bismuth vanadate and hydrothermal synthesis
Keywords
Heterogeneous photocatalysis; Semiconductors; niobium pentoxide; bismuth vanadate and hydrothermal synthesis.
Banca: 4 integrantes
henrique-aparecido-de-jesus-loures-mourao
Presidente
HENRIQUE APARECIDO DE JESUS LOURES MOURÃO
fernanda-guerra-lima-medeiros-borsagli
Participante interno
Fernanda Guerra Lima Medeiros Borsagli
juliana-arriel-torres
Participante externo
JULIANA ARRIEL TORRES
Participante externo
Roberto Ananias Ribeiro