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PPGQ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
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Notícias

Síntese hidrotérmica alcalina de materiais de Ti aplicados na remoção de poluentes orgânicos

Discente de Mestrado
LUELE RIBEIRO DE SOUSA BARBOSA

Titulado(a)
Defesa
Data: 29/07/2022
Horário: 14:00
Local: web-conferência
Status: Aprovada
Resumo
A fotocatálise heterogênea com semicondutores é uma tecnologia de enfretamento dos mais diversos problemas ambientais que assolam o planeta Terra. O lançamento de poluentes orgânicos tóxicos nos efluentes, como alguns corantes têxteis e fármacos, é um desses problemas ambientais que pode ser amenizado com a fotocatálise heterogênea com semicondutores. Nesse sentido, este trabalho apresenta a síntese de materiais de titânio (Ti) pelo método hidrotérmico sob diferentes concentrações de KOH (10-5 , 10-2 , 1 e 5 mol/L) visando aplicações fotocatalíticas. Foram testadas estas concentrações visando a obtenção de materiais com diferentes características estruturais (titanatos lamelares) e superficiais como elevada área superficial especifica. As amostras receberam o nome levando-se em conta as concentrações de KOH, sendo elas: Ti1 (obtida com o precursor de Ti em KOH 10-5 mol/L), Ti2 (10-2 mol/L), Ti3 (1 mol/L), Ti4 (5 mol/L). Com a finalidade de investigar as propriedades estruturais, morfológicas e eletrônicas dos materiais sintetizados, foram empregadas diferentes técnicas de caracterização, incluindo difração de raios X (DRX), área superficial especifica (BET), microscopia eletrônica de varredura (MEV), potencial ZETA. De acordo com as análises de difração de raios X (DRX), nas amostras feitas na concentração 10-5 e 10-2 mol/L de KOH houve a formação da fase cristalina anatase TiO2 e nas concentrações 1 e 5 mol/L, titanatos de potássio (K2Ti8O17 e K3Ti8O17). A análise superficial indicou a formação de materiais mesoporosos e de titanatos de elevadas áreas superficiais, em destaque a amostra Ti4. A atividade fotocatalítica desses materiais foi avaliada pela degradação do azul de metileno (MB), índigo de carmim (IC) e amilorida (AML). O melhor desempenho fotocatalítico foi o dos titanatos (Ti3 e Ti4) removendo aproximadamente 100% de absorbância de todas as moléculas testadas (MB, IC, AML). O potencial ZETA forneceu informações a respeito da carga superficial dessas amostras, sendo Ti1 de carga positiva e as amostras Ti2, Ti3 e Ti4 de cargas negativas. A avaliação fotocatalítica e o teste de reuso mostraram que as diferentes afinidades relacionadas a carga e característica da molécula alvo proporcionou aos fotocatalisadores relação sinergética entre o efeito da adsorção e da fotogeração de cargas sob irradiação UV. Em geral a variação da concentração de KOH na síntese hidrotérmica alcalina promoveu mudanças estruturais, morfologias e texturais conferindo as amostras de Ti propriedades melhoradas em relação ao TiO2.
Palavras-chave
Fotocatálise heterogênea;Semicondutores;Titanatos;Síntese hidrotérmica;Poluentes emergentes
Abstract
The release of toxic organic pollutants in effluents, such as some textile dyes and pharmaceuticals, is one of the current environmental problems that can be alleviated with heterogeneous photocatalysis with semiconductors. Studies in the field of materials’ chemistry seek to better understanding the relationship between the synthesis method, structure and surface of materials with their photocatalytic properties. In this area, the different phases of titanium oxides (Ti) have already been extensively studied, however, the lamellar potassium titanates obtained by hydrothermal alkaline synthesis still deserve investigation, mainly in view of their high surface area. Thus, this work presents the synthesis of Ti materials by the hydrothermal method under different concentrations of KOH (10-5 , 10-2 , 1 and 5 mol/L). These concentrations were tested in order to obtain materials with different structural and surface characteristics. The samples was named taking into account the concentrations of KOH, namely: Ti1 (obtained with the precursor of Ti in KOH 10-5 mol/L), Ti2 (10-2 mol/L), Ti3 (1 mol/L), Ti4 (5 mol/L). In order to investigate the structural, morphological and electronic properties of the synthesized materials, different characterization techniques were employed, including X-ray diffraction (XRD), specific surface area (BET), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), Zeta potential, among others. According to X-ray diffraction (XRD) analysis, samples synthesized at concentrations of 10-5 and 10-2 mol/L of KOH resulted in the formation of the crystalline phase TiO2 anatase and at concentrations of 1 and 5 mol/L, titanates of potassium (K2Ti8O17 and K3Ti8O17), probably of lamellar structure. The surface analysis indicated the formation of mesoporous materials and titanates of high surface areas, highlighting the Ti4 sample (2796 m2g -1). The photocatalytic activity of these materials was evaluated by the photodegradation of methylene blue (MB) and indigo carmine (IC) dyes, as well as the drug amiloride (AML). The best photocatalytic performances were observed for potassium titanates (Ti3 and Ti4) removing approximately 100% absorbance of all molecules tested (MB, IC, AML). The different affinities related to charge and characteristic of the target molecule provided the photocatalysts with a better synergistic relationship between the effect of adsorption and photogeneration of charges under UV irradiation. In general, the increase in KOH concentration in the alkaline hydrothermal synthesis promoted structural, morphological and textural changes, conferring improved properties in relation to materials obtained at lower concentrations (Ti1 and Ti2).
Keywords
Heterogeneous photocatalysis;Semiconductors;Titanates;Hydrothermal synthesis;Emerging pollutants.
Banca: 3 integrantes
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Presidente
HENRIQUE APARECIDO DE JESUS LOURES MOURÃO
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Participante interno
Fernanda Guerra Lima Medeiros Borsagli
gelson-tavares
Participante externo
GELSON TAVARES