Dissertação/Tese Janio Santos - PPGQ

Catalisadores heterogêneos à base de nitreto de carbono grafítico (g-C3N4) modificado com metais têm recebido crescente atenção devido à possibilidade de obtenção de materiais com melhores propriedades estruturais e desempenho catalítico. Contudo, alcançar um elevado teor de espécies metal-Nx a partir da pirólise da mistura precursora e uma compreensão clara da estrutura destes materiais ainda são desafios a serem superados. Neste trabalho, materiais de nitreto de carbono grafítico modificados com cobre foram sintetizados utilizando o precursor de cobre (acetato de cobre (II) monoidratado) e melamina nas proporções, em massa, de: 5/95, 15/85, 30/70. As amostras foram identificadas como CuCN-5, CuCN-15 e CuCN-30, respectivamente. Os catalisadores sintetizados foram caracterizados por uma variedade de técnicas, que incluem difratometria de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), ressonância paramagnética eletrônica (EPR), impedância eletroquímica (gráficos de Mott-Schottky), entre outras. Os resultados revelam alterações estruturais e superficiais do g-C3N4 após a incorporação de íons cobre. O modelo cinético de pseudo-primeira ordem foi utilizado para descrever o processo catalítico de degradação dos corantes azul de metileno (MB) e índigo carmim (IC). A degradação do MB foi de 100% no sistema CuCN-30/H2O2 após 20 min de reação a uma taxa de remoção de 0,2 min-1 , enquanto para IC, o sistema CuCN-15/H2O2 obteve 87% de remoção após 40 min a uma taxa de 0,04 min-1. Os íons de cobre complexados foram diretamente responsáveis pela geração de radicais altamente reativos (principalmente O2•- ) a partir do H2O2. Desta forma, as amostras modificadas com cobre apresentaram propriedades únicas de superfície, boa estabilidade, excelente desempenho catalítico (especialmente sob condições neutras e alcalinas) e, portanto, são materiais promissoras para aplicações em processos de remediação ambiental.

Heterogeneous catalysts based on graphitic carbon nitride (g-C3N4) modified by metals have received increasing attention due to the possibility of obtaining materials with better structural properties and catalytic performance. However, achieving a high content of metal- Nx species from the pyrolysis of the precursor mixture and a clear understanding of the structure of these materials are still challenges to be overcome. Herein, copper modified graphitic carbon nitride materials were synthesized using the precursor of copper (copper (II) acetate monohydrate) and melamine in the mass proportions of precursor of cooper/melamine equal to 5/95, 15/85, 30/70, being these samples identified as CuCN-5, CuCN-15 and CuCN-30, respectively. The synthesized catalysts were characterized by a variety of techniques, which include X-ray diffractometry (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), X- ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron paramagnetic resonance (EPR), electrochemical impedance (Mott-Schottky plots), among others. The results reveal structural and surface changes in the g-C3N4 matrix after the incorporation of copper ions. The pseudo first order kinetic model was used to describe the catalytic process of degradation of methylene blue (MB) and indigo carmine (IC) dyes. The MB degradation was 100% in the CuCN-30/H2O2 system after 20 min of reaction at a removal rate of 0.2 min-1 , while for IC, the CuCN-15/H2O2 system obtained 87% removal after 40 min at 0.04 min-1 . The copper ions were directly responsible for the generation of highly reactive radicals (mainly O2 •- ) from H2O2. In this way, the Cu-modified samples presented unique properties of bulk and surface, good stability, excellent activity (especially under neutral and alkaline conditions) and, therefore, are promising for applications in environmental remediation processes.