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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Síntese e caracterização de TiO2 com modificações superficiais para aplicação em fotocatálise heterogênea
metadata.dc.creator: Santos, Lidiaine Maria dos
metadata.dc.contributor.advisor1: Machado, Antonio Eduardo da Hora
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Patrocínio, Antonio Otavio de Toledo
metadata.dc.contributor.referee1: Souza, Marluce Oliveira da Guarda
metadata.dc.contributor.referee2: Pasquini, Daniel
metadata.dc.contributor.referee3: Santos, Maria Rita de Cássia
metadata.dc.contributor.referee4: Nossol, Edson
metadata.dc.description.resumo: O presente estudo envolveu a síntese de fotocatalisadores pelo método sol-gel modificado, empregando diferentes glicóis, os quais foram tratados termicamente em forno tipo mufla ou por via hidrotermal. Em uma segunda etapa do trabalho verificou-se a influência do tempo de tratamento hidrotérmico sobre as propriedades estruturais e ópticas dos fotocatalisadores empregando etilenoglicol. A atividade fotocatalítica destes óxidos foi avaliada pela degradação do corante Ponceau 4R (P4R), constatando-se que o óxido sintetizado na presença de etilenoglicol, com tratamento térmico hidrotermal por 8h (TiO2 G1HT8) apresentou o melhor desempenho. Este óxido teve sua superfície modificada pela incorporação de cobre, sob a forma de nitrato de cobre, seguido de fotoredução, resultando em materiais com três concentrações nominais de cobre metálico: 0,5, 2,0 e 5,0%. Com a finalidade de investigar as mudanças estruturais, morfológicas e eletrônicas nos compostos sintetizados e modificados com cobre, foram empregadas diferentes técnicas de caracterização, incluindo microscopia eletrônica de transmissão (MET), difração de raios X (DRX), área superficial específica (BET), espectroscopia de absorção no ultravioleta/visível e espectroscopia Raman. As análises de MET evidenciaram que as amostras submetidas a tratamento hidrotermal apresentam morfologia formadas por partículas parcialmente agregadas, com tamanhos na faixa de 2 a 5 nm. De acordo com as análises por difração de raios X, a fase cristalina anatase foi predominante em todos os compostos sintetizados, com presença da fase broquita nas amostras que receberam tratamento térmico hidrotermal, ou na presença de polietielenoglicol, com tratamento térmico em forno mufla. A quantidade de broquita, bem como o volume de célula, deformação, parâmetros de rede e cristalinidade, foram estimadas por refinamento Rietveld. A área superficial e a porosidade dos materiais foram maiores quando o tratamento térmico ocorreu por via hidrotermal, apesar das modificações superficiais, a mesoporosidade foi mantida, com diâmetro médio de poros entre 47 - 56 Â. Dados de espectroscopia Raman de algumas amostras, principalmente as sintetizadas sob tratamento hidrotérmico, sugerem a existência de anatase e modos ativos de broquita na estrutura. O melhor desempenho fotocatalítico em escala de laboratório (90% de mineralização do corante P4R) foi alcançado com o uso do óxido TiO2G1HT8 impregnado com 5,0% de cobre (Cu 5,0%/TiO2). Em fotocatálise solar, o catalisador TiO2G1HT8 alcançou respectivamente 100% e 66% de descoloração e mineralização do corante Ponceau 4R, com a aplicação de uma dose acumulada de UVA igual a 600 kJ m-2, equivalente a 6 horas de exposição em Uberlândia, MG, no outono.
Abstract: This study involved the synthesis of photocatalysts by a modified sol-gel method employing different glycols, which are heat-treated in oven muffle type or by a hydrothermal condition. In a second stage of this study it was analyzed the influence of the time of hydrothermal treatment on the structural and optical properties of the photocatalysts synthesized using ethylene glycol. The photocatalytic activity of these oxides was evaluated by degradation of the Ponceau 4R dye (P4R), showing that the oxide synthesized in the presence of ethylene glycol, with hydrothermal thermal treatment for 8h (TiÜ2G1HT8) presented the best performance. This oxide had its surface modified by the incorporation of copper in the form of copper nitrate, followed by photoreduction, resulting in materials with three different nominal concentrations of metallic copper: 0.5, 2.0 and 5.0%. For the purpose of investigating the structural, morphological and electronic changes in the synthesized compounds, different techniques of characterization were employed, including transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), specific surface area (BET), absorption spectroscopy in the ultraviolet and visible, and Raman spectroscopy. The MET analyses showed that oxides submitted to hydrothermal treatment feature spherical morphology, being formed by partially aggregated particles with sizes varying between 2 and 5 nm. According to the analysis by X-rays diffraction, anatase crystalline phase was prevalent in all the synthesized compounds, with presence of brookite phase for samples that received hydrothermal treatment, or were synthesized under the presence of polyethylene glycol, with heat treatment in muffle oven. The amount of brookite as well as the cell volume, deformation, network parameters and crystallinity, was estimated by Rietveld refinement. The surface area and porosity of the material were higher when the synthesis involved the use of hydrothermal treatment, despite the surface modifications, the mesoporosity was maintained, with mean pore diameter between 47 - 56 Â. Raman spectroscopy data of some samples, mainly the synthesized under hydrothermal treatment, suggest the existence of anatase and active modes of broquita in the structure, confirming the results of XRD. The best photocatalytic performance in laboratory scale (90% of mineralization of P4R dye) was achieved with the use of TiÜ2G1HT8 oxide impregnated with 5.0% copper (Cu5.0%/TiÜ2). In solar photocatalysis, the catalyst TiÜ2G1HT8 reached 100% and 66% of discoloration and mineralization of the P4R dye, with the application in all cases of a cumulative dose of UVA equal to 600 kJ m-2, equivalent to 6 hours of exposure in Uberlândia, MG, in the autumn.
Keywords: Química
Dióxido de titânio
Glicóis
Nanopartículas
Morfologia
Modificação superficial
Mesoporos
Nanopartículas
Fotocatálise heterogênea
Irradiação solar
Titanium dioxide
Glycols
Morphology
Surface modification
Mesoporous
Nanoparticles
Heterogeneous photocatalysis
Solar irradiation
Characterization
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Química
Citation: SANTOS, Lidiaine Maria dos. Síntese e caracterização de TiO2 com modificações superficiais para aplicação em fotocatálise heterogênea. 2017. 135 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/19192
Issue Date: 21-Feb-2017
Appears in Collections:TESE - Química

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