Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Síntese e caracterização de heteroestrutura NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I e estudo da atividade fotocatalítica do corante rodamina B sob irradiação visível
Autor(es): SOUZA, Lincoln Fonseca de
Primeiro Orientador: SILVA, Flávio Soares
metadata.dc.contributor.advisor-co1: GIMENES, Rossano
Resumo: O contínuo crescimento populacional atrelado aos desenvolvimentos social e econômico geram, como consequência, problemas ambientais que impactam a sociedade humana. Sem dúvida a água, é a mais atingida, e sua contaminação se deve, principalmente, às descargas excessivas de contaminantes orgânicos provenientes das mais diversas atividades industriais e contam ainda com muitos compostos que são incapazes de sofrer biodegradação se mostrando inertes aos tratamentos convencionais de água. A fotocatálise heterogênea (FH), uma variante dos processos oxidativos avançados, tem se mostrado uma abordagem eficiente no tratamento de águas dotadas de contaminantes orgânicos recalcitrantes, pois se baseia na geração de radicais livres com alto poder oxidante, sob ação de luz. Fotocatalisadores baseados em bismuto e outros elementos do bloco p apresentam atividade fotocatalítica sob ação de luz visível, que compõe cerca de 45 % do espectro solar. Materiais estruturados em camadas, como o oxiiodeto de bismuto, BiOI e as espécies com altos teores de bismuto, Bi4O5I2 e Bi5O7I, se mostraram eficientes no processo degradativo do contaminante orgânico Rodamina B. Tais materiais obtidos de forma inédita nestre trabalho foram preparados via hidrólise e tratamento térmico (400°C por 3 horas) partindo de precursores simples e foram preparados heteroestruturas com a incorporação de NiO em 1,5 e 3,0 % (m/m). Os materiais mostraram alta pureza e boa cristalinidade, apresentando fases tetragonal, monoclínica e ortorrômbica para as amostras BiOI, Bi4O5I2 e Bi5O7I, respectivamente. MEV/EDS mostrou morfologia do tipo micro-flora hierarquicamente construídas pelos empilhamentos de nanofolhas com espessuras variando de 250 – 140 nm. Os materiais apresentaram excelente absorção na faixa do visível, com borda de absorção na faixa de 650 – 514 nm. Os parâmetros de controle reacional foram 50 mg de fotocatalisador, solução de RhB 10 mg.L-1 e pH natural da solução de RhB (pH = 4,42). As amostras BiOI, Bi4O5I2, e 1,5% NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I e e 3,0% NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I mostraram eficiência fotocatalítica de 65,14 %, 84,12 %, 87,37 e 90,3 %, respectivamente, onde foi demonstrado que o tratamento térmico aplicado somado à formação de heteroestruturas com a incorporação de NiO, foram obtidos melhores desempenhos. Os valores encontrados para o nível de TOC foi de 4,15 % revelando uma degradação de aproximadamente 96 % de eficiência na mineralização dos compostos para a amostra 3,0% NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I. Com o intuito de maximizar a eficiência fotocatalítica, o fotorreator foi internamente coberto com papel alumínio e o material e 3,0% NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I mostrou eficiência de 99,43 %. O material 3,0% NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I mostrou estabilidade e capacidade alta de reuso até o 5° ciclo consecutivo, mostrando ter uma boa habilidade em aplicação prática. Nos ensaios de supressores de radicais livres, o radical superóxido e buracos demonstraram dominância no processo degradativo. Portanto, este estudo foi capaz de sintetizar, de maneira inédita, em 2 etapas, materiais com capacidades superiores fotoativas sob influência de fontes de baixa demanda energética (LED) e com alta capacidade de reutilizações consecutivas se mostrando uma abordagem ambientalmente favorável, verde, e economicamente viável.
Abstract: The continuous population growth linked to social and economic developments generate, as a consequence, environmental problems that impact human society. Without a doubt, water is the most affected, and its contamination is mainly due to excessive discharges of organic contaminants from the most diverse industrial activities and also have many compounds that are incapable to undergo biodegradation, being inert to conventional water treatments. Heterogeneous photocatalysis (HF), a variant of advanced oxidative processes, has been shown to be an efficient approach in the treatment of waters endowed with recalcitrant organic contaminants, it is based on the generation of free radicals with high oxidizing power, under the action of light. Photocatalysts based on bismuth and other p-block elements show photocatalytic activity under the action of visible light, which makes up about 45% of the solar spectrum. Materials structured in layers, such as bismuth oxyiodide, BiOI and species with high levels of bismuth, Bi4O5I2, Bi5O7I were shown to be efficient in the degradation process of the organic contaminants Rhodamine B. New and unprecedented materials were obtained in this work and prepared via hydrolysis and heat treatment (400°C for 3 hours) starting from simple precursors and heterostructures were prepared with the incorporation of NiO at 1.5 and 3.0% (w/w). The materials showed high purity and good crystallinity, presenting tetragonal, monoclinic and orthorhombic phases for the BiOI, Bi4O5I2 and Bi5O7I samples, respectively. SEM/EDS showed micro-flora morphology hierarchically constructed by stacking nanosheets with thicknesses ranging from 250 – 140 nm. The materials showed excellent absorption in the visible range, with an absorption edge in the range of 650 – 514 nm. The reaction control parameters were 50 mg of photocatalyst, 10 mg.L-1 RhB solution and natural pH of the RhB solution (pH = 4.42). The samples BiOI, Bi4O5I2, 1.5 % NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I and 3.0 % NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I showed photocatalytic efficiency of 65.14%, 84.12 %, 87.37% and 90.3 % respectively, where it was demonstrated that the applied thermal treatment added to the formation of heterostructures with the incorporation of NiO, better performances were obtained. The values found for the TOC level were 4.15%, revealing a degradation of approximately 96% efficiency in the mineralization of the compounds for the 3.0% NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I sample. In order to maximize photocatalytic efficiency, the photoreactor was internally covered with aluminum foil and the material 3.0 % NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I showed na efficiency of 99.43 %. The 3.0 % NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I material showed stability and high recyclability capacity up to the 5th consecutive cycle, showing good ability and advantage in practical applications. In free radical suppressor tests, the superoxide radical and holes demonstrated dominance in the degradative process. Therefore, this study was able to synthesize, new and unprecedented, in 2 steps, materials with superior photoactive capabilities under the influence of low energy demand sources (LED) and with a high capacity for consecutive reuse, proving to be an environmentally favorable, green, and economically viable approach.
Palavras-chave: Fotocatálise heterogênea
heteroestrutura
NiO/Bi4O5I2-Bi5O7I
LED visível
Rodamina B
CNPq: CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::QUÍMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IRN - Instituto de Recursos Naturais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Multicêntrico em Química de Minas Gerais
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4184
Data do documento: 23-Ago-2024
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