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Aplicação da ozonização e de processos oxidativos avançados na degradação dos fármacos paracetamol e dipirona presentes em efluentes aquosos simulados
(UFVJM, 2014) Rosado, Francisca Gabriela Lopes; Franco, Débora Vilela; Silva, Leonardo Morais da; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Franco, Débora Vilela; Silva, Leonardo Morais da; Mesquita, João Paulo de
A oxidação de efluentes sintéticos contendo os fármacos paracetamol (PCT) e dipirona (DPN), ambos analgésicos largamente utilizados por humanos e animais foi conduzida pelos processos O3, O3/UV, H2O2/UV e H2O2/UV/O3 via reação direta (ozônio molecular), indireta (radical hidroxila) e mista (O3/HO•) manipulando-se o pH do meio reacional. Essas substâncias tem grande resistência aos processos convencionais de tratamento de efluentes e, assim buscam-se ferramentas mais eficientes para a degradação desses fármacos. A remoção dos fármacos PCT e DPN nas amostras tratadas com os diferentes POA foi monitorada utilizando a técnica cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). A quantidade total de compostos aromáticos e o grau de mineralização da matéria orgânica dissolvida foram avaliados por meio dos parâmetros UV (254 nm), Demanda Química de Oxigênio (DQO) e de Carbono Orgânico Total (COT). Além disso, a susceptibilidade a biodegradabilidade foi avaliada por meio da razão da DQO/COT. Os resultados experimentais mostraram que o tempo gasto para a degradação depende da natureza do fármaco, bem como do pH e do tipo de processo oxidativo. Verificou-se uma elevada percentagem de remoção (95%) e um percentual moderado de mineralização (35%) para os estudos utilizando os processos O3 (pH 12) e O3/UV. De um modo geral, verificou-se um aumento da biodegradabilidade das amostras tratadas para os diferentes tratamentos oxidativos. No caso dos processos H2O2/UV e H2O2/UV/O3 a remoção dos fármacos foi alta, especialmente no caso do processo H2O2/ UV/O3 onde após 45 min e dose de 200 ppm de peróxido obteve-se 88% de remoção dos fármacos. No caso do processo H2O2(800ppm)/O3/UV e para o fármaco PCT, verificou-se percentagens de remoção de DQO e COT de 77% e 42%, respectivamente. Já para o fármaco DPN, os valores correspondentes obtidos foram de 70% e 68%, respectivamente. Analisando os resultados observou-se que a remoção da DQO e do COT foi maior para os processos processo H2O2/UV/O3. Por outro lado, a maior remoção das substâncias parentais (PCT e DPN) foi obtida utilizando o processo O3 (pH 12). A partir dos valores das constantes de velocidade em função do pH estimou-se a contribuição dos processos de oxidação por via direta e indireta. De um modo geral, o estudo revelou que o uso dos presentes POA e/ou ozonização pode constituir um processo de tratamento alternativo viável para a remoção/degradação dos fármacos PCT e DPN presente em águas contaminadas.
Aplicação de nanopartículas bimetálicas de Ni-Fe estabilizadas com sílica e quitosana para remediação de água contaminada com nimesulida
(UFVJM, 2016) Gonçalves, Andressa Aparecida; Franco, Débora Vilela; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mesquita, João Paulo de; Fabris, José Domingos; Franco, Débora Vilela
Nanopartículas bimetálicas (bNPs) de Ni-Fe estabilizadas com sílica (Ni-Fe/SIL) e quitosana (Ni-Fe/QUI) foram sintetizadas e caracterizadas para aplicação em água contaminada para remoção da nimesulida (NMS). Para os ensaios em batelada em soluções aquosas, fatores que afetam a remoção NMS tais como a concentração inicial de NMS e a dosagem de Ni-Fe/SIL e Ni-Fe/QUI foram investigados sistematicamente. A remoção completa da NMS foi obtida em 15 min de reação ao utilizar-se as bNPs 8%Ni-Fe/SIL, na velocidade 250 rpm, dose de 0,6g e concentração inicial de 50 mg L-1. Já a remoção completa ao utilizar-se as bNPs 17%Ni- Fe/QUI foi obtida após 17,5 min de reação de 40 mg L-1 de NMS com 0,8 g de 17%Ni- Fe/QUI e agitação de 250 rpm. Como esperado para uma reação heterogênea realizada em batelada, sob vigorosa agitação, foi verificado que a taxa de remoção aumentou com o aumento da concentração inicial da NMS e da dosagem de 8%Ni-Fe/SIL e 17%Ni-Fe/QUI. Foi realizado um estudo do efeito da velocidade de agitação do sistema, verificando que este é um fator que influencia diretamente na taxa de remoção. O estudo de remoção na presença e na ausência de oxigênio dissolvido revelou que a presença deste último exerce uma pequena influência no processo de remoção. Um estudo comparativo da remoção utilizando a bNPs na presença e na ausência dos agentes estabilizantes foi realizado nas mesmas proporções, sendo verificado que os níveis de remoção foram superiores para o sistema em presença de estabilizantes. A análise do subproduto formado da NMS mostrou que este é menos tóxico que o composto original. O presente trabalho demonstra que o processo de tratamento redutivo alternativo fazendo uso de nanopartículas bimetálicas contendo Fe e Ni é muito promissor para a eliminação da NMS.
Aplicação do processo oxidativo avançado eletroquímico (POAE) mediante uso de reator filtro prensa do tipo eletrólito polimérico sólido no tratamento de efluentes aquosos simulados contendo fármacos de relevância ambiental
(UFVJM, 2015) Santiago, Aline Nogueira Alves; Silva, Leonardo Morais da; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Silva, Leonardo Morais da; Mesquita, João Paulo de; Souza, Poliana Mendes de
Um anodo permeável a fluido constituído por filme fino de dióxido de estanho dopado com antimônio (Sb-SnO2) foi preparado por decomposição térmica sobre suporte de tela de aço ASTM 316 e utilizado em reator eletroquímico do tipo filtro-prensa. O filme e o pó do óxido foram investigados pelas técnicas de energia dispersiva de raios-X (EDX), difratometria de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O estudo do EDX indicou uma razão efetiva Sb/Sn maior que a nominal devido a volatilização do Sn. O DRX revelou que o SnO2 está presente na estrutura rutila, não sendo verificado a presença de picos relacionados ao óxido de antimônio devido sua baixa concentração. O estudo de MEV revelou a formação de filme compacto e não poroso, com presença de cristalitos superficiais. Para a caracterização eletroquímica do anodo Sb-SnO2 foi realizado estudo de voltametria cíclica, sendo obtido a partir da curva voltamétrica uma baixa densidade superficial de carga, ou seja, o eletrodo é de morfologia compacta. A curva de polarização revelou que o sobrepotencial para a reação de desprendimento de oxigênio (RDO) é de aproximadamente 1,75 V/ECS. O anodo Sb-SnO2 alojado numa célula filtro-prensa na condição de “zero-gap” foi utilizado na degradação eletroquímica individual dos fármacos Diclofenaco Sódico e Paracetamol (Acetominofeno) na total ausência de eletrólitos líquidos. Os fatores que influenciam a taxa de degradação, tais como a densidade de corrente aplicada (5–25 mA/cm2) e a concentração inicial dos fármacos (30–70 mg/L) foram avaliados. A degradação dos fármacos seguiu a cinética de pseudo-primeira ordem, sendo monitorada por análise da demanda química de oxigênio (DQO), cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) e espectros na região do ultravioleta-visível (Uv/Vis). Foram verificadas taxas de degradações superiores a 80% após 3,5 h de reação com a geração de subprodutos. O grau de instabilidade do eletrodo foi avaliado em função do seu tempo de uso. O anodo Sb-SnO2 apresentou uma boa eficácia para a remoção dos fármacos Diclofenaco Sódico e Paracetamol (Acetominofeno) dissolvidos em águas, mas com um curto tempo de vida útil.
Caracterização de novos sistemas aquosos bifásicos formados por macromolécula, sal e água
(UFVJM, 2022) Gomes, Vinícius Azevedo; Lemos, Leandro Rodrigues de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Lemos, Leandro Rodrigues de; Mesquita, João Paulo de; Aleixo, Herbert
A extração líquido-líquido (ELL) é uma técnica versátil e com grande aplicação nas mais diversas indústrias. todavia, buscando um maior alinhamento com os preceitos da química verde, esta técnica vem abandonando o uso dos solventes orgânicos, tóxicos e cancerígenos, por alternativas menos prejudiciais à natureza e saúde. Nesse ponto, os Sistemas Aquosos Bifásicos (SAB) vêm surgindo como alternativa viável tendo em vista que são sistemas de baixo custo, alta seletividade e com um potencial poluidor muito inferior, já que são formados majoritariamente por água. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar novos SAB formados pelas macromoléculas L64 (MM = 2900 g.mol-¹), F68 (MM = 8400 g.mol-¹), polietilenoglicol 10000 (PEG10K) e 35000 (PEG35K) g.mol-¹ e os sais Sulfito de Sódio (Na2SO3), Ditionito de Sódio (Na2S2O4) e Tiossulfato de Sódio (Na2S2O3), avaliando o efeito da temperatura (278,15 K, 288,15 K e 298,15K), do ânion formador (SO3²-, S2O4²-, S2O3²-) e natureza da macromolécula (L64, F68, PEG10K e PEG35K) sobre a região bifásica. Os sistemas com copolímeros apresentaram uma diminuição da área bifásica com o incremento de temperatura indicando um processo de separação com caráter exotérmico e ocasionado pelo aumento da concentração de eletrólito na fase superior. Os sistemas com polímeros apresentam uma segregação de fases entropicamente dirigida o que acarreta em uma variação insignificante na região bifásica em função da temperatura. Em relação ao efeito do ânion formador, este pode ser classificado pela capacidade salting-out do ânion, sendo que quanto maior a sua tendência de hidratação, maior a eficiência em induzir a segregação de fases. Quanto à natureza da macromolécula notou-se que quanto maior a massa molar do componente polimérico, menores concentrações são necessárias para que ocorra a segregação de fases devido ao efeito da diminuição da entropia configuracional. Em uma comparação direta entre copolímero e polímero ocorre o efeito do caráter hidrofóbico, sendo que no caso do copolímero há a presença de grupos hidrofóbicos, os quais geram uma segregação de fase em concentrações menores que os polímeros de massa molar semelhante. Os dados experimentais foram ajustados através da Equação de Merchuk, para as binodais, e da Equação de Othmer-Tobias, para as linhas de amarração, e apresentaram bons valores de correlação. Este trabalho mostrou a viabilidade do uso de outros sais de sódio ainda não relatados na literatura para a formação de SAB, o que abre margem para o desenvolvimento de diversos outros sistemas e aumenta a gama de SAB disponíveis para aplicações diversas.
Carbon Dots como fotossensibilizadores em reações de polimerização
(UFVJM, 2016) Alves, Larissa de Almeida; Mesquita, João Paulo de; Ferreira, Dalva Ester da Costa; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mesquita, João Paulo de; Ferreira, Dalva Ester da Costa; Donnici, Cláudio Luis; Mourão, Henrique A. de J. L.
Carbon Dots (CDs) solúveis em água preparados a partir da desidratação ácida da celulose foram utilizados como fotossensibilizadores na polimerização da acrilamida na presença do co-iniciador trietanolamina. Os materiais preparados foram caracterizados por diferentes técnicas, incluindo MET, IVFT, espectroscopia UV-Vis e fotoluminescência, voltametria cíclica, TG-MS, titulação potenciométrica, entre outras. Os Carbon Dots preparados apresentaram tamanho de partículas de aproximadamente 2,7 ±0,5nm, com uma superfície altamente funcionalizada com grupos funcionais oxigenados (carboxílicos, fenólicos, pironas, etc.) dos quais 65% são carboxílicos. Uma vez que estes grupos apresentam pKa ao redor de 4, potenciais zeta negativos foram observados em pHs ácidos maiores que 4. Por outro lado, as caracterizações das suas propriedades ópticas mostraram que os Carbon Dots apresentam uma absortividade molar (ε) de 20,1 Lg-1cm-1 em λ= 254nm e 7,6 Lg-1cm-1 em λ= 360 com fotoluminescência dependente do comprimento de onda de excitação e rendimento quântico de 0,6%. Devido às suas propriedades, os Carbon Dots foram usados como fotossensibilizadores na polimerização da acrilamida. A cinética da reação de polimerização foi realizada em pHs 3, 6, 8 e 10, sendo que em pH 8 foi verificada uma maior taxa de conversão. Neste pH as nanoestruturas possuem um pequeno excesso de carga negativa e a estrutura da trietanolamina está predominantemente desprotonada (pKa = 7,86) o que facilita a interação das duas espécies promovendo a formação de radicais iniciadores da reação. O material fotopolimerizado foi caracterizado e os resultados obtidos são típicos de poliacrilamida. Em adição, o material polimérico obtido foi solúvel em água sugerindo que o polímero seja linear (não apresenta reticulações) com uma massa molar viscosimétrica de até 3,1x106 Da. A partir dos resultados experimentais obtidos e cálculos teóricos da estrutura de ambos, fotossensibilizador e co-iniciador, foi sugerido que devido à capacidade dos Carbon Dots em receber elétrons em sua estrutura de bandas, sua alta absortividade molar e fotoestabilidade, as nanoestruturas quando excitadas foram capazes de gerar radicais amino, responsáveis pela iniciação da polimerização, devido ao acoplamento entre seus orbitais de fronteira com os orbitais HOMO-LUMO da trietanolamina. Por fim, os resultados apresentados demonstram uma nova e promissora aplicação para estas nanopartículas, com um grande potencial para o desenvolvimento futuro das tecnologias relacionadas à fotopolimerização.
Carbonos nitrogenados obtidos a partir de colágeno hidrolisado: potenciais aplicações nas reações de desprendimento e redução de oxigênio
(UFVJM, 2018) Castro, Arthur Henrique de; Mesquita, João Paulo de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mesquita, João Paulo de; Silva, Leonardo Morais da; Ferreira, Dalva Ester da Costa; Gorgulho, Honória de Fátima
Neste trabalho, carbonos funcionalizados com grupos nitrogenados e com diferentes características físico-químicas, foram preparados a partir da pirólise controlada de uma fonte alternativa, o colágeno hidrolisado extraído de couro wet blue residual. Todos os materiais foram caracterizados com diferentes técnicas, obtendo-se uma ampla informação a respeito de sua estrutura, química superficial, composição e também morfologia e textura. As propriedades eletrocatalíticas de todos os materiais foram avaliadas para as reações de desprendimento (RDO) e de redução de oxigênio (RRO) em meio alcalino. Num primeiro momento, o colágeno hidrolisado, como recebido, foi usado para a preparação de carbonos nas temperaturas de 300, 400 e 600 ºC. As caracterizações destes materiais mostraram que todos apresentam estruturas amorfas e grafíticas, contendo ~12 % de nitrogênio e diferentes grupos funcionais superficiais. A partir das análises de TG-MS verificou-se que as diferentes temperaturas de pirólise promovem a formação de grupos funcionais, incluindo os nitrogenados, com diferentes estabilidades térmicas. Porém, estes materiais apresentaram pequenas áreas superficiais específicas (< 20 m2 g-1) e uma morfologia com baixa porosidade. Uma vez que estas propriedades são de extrema importância para aplicações eletrocatalíticas, carbonos géis foram obtidos sob as mesmas condições de pirólise, com o objetivo de aumentar a área superficial e a porosidade dos materiais. Os carbonos géis (xerogéis e criogéis) apresentaram muitas semelhanças com os materiais de carbono preparados anteriormente, divergindo-se basicamente em relação às propriedades texturais e superficiais. Eles apresentaram uma área superficial maior e uma morfologia bastante porosa, principalmente para os materiais criogéis. Os resultados obtidos mostraram que todos os carbonos preparados foram capazes de promover a eletrocatálise, tanto para a RDO como para a RRO. Porém, os carbonos géis foram claramente mais eficientes. Os eletrodos preparados com estes materiais apresentaram valores de área eletroquímica ativa superiores, o que ajuda a justificar o melhor desempenho. Além disso, tanto para a RDO quanto para a RRO os carbonos géis preparados a 600 °C se destacaram. Na RDO os menores sobrepotenciais foram obtidos pelo XE600 (0,137 V) e CRI600 (0,235 V). Na RRO o potencial de redução não variou muito e ficou em torno de 0,8 V, porém novamente CRI600 e XE600 produziram as maiores densidades de corrente. Ambos os resultados estão relacionados a grupos nitrogenados específicos, termicamente mais estáveis (nitrogênio grafítico, piridínicos e pirrólicos), os quais são os principais responsáveis pela melhora das propriedades eletrocatalíticas envolvendo as reações com o oxigênio. Acredita-se que os géis de carbono também foram mais eficientes devido a maior facilidade de acesso aos grupos responsáveis pela eletrocatálise propiciada pela estrutura mais porosa. Por meio dos resultados apresentados foi demostrado o grande potencial para uma futura utilização do colágeno hidrolisado, um subproduto da indústria do couro, como fonte barata e abundante para a produção de materiais de carbono nitrogenados com alta atividade eletrocatalítica para as reações de RDO e RRO.
Condicionadores de sistemas agrícolas a base de ácido húmico e glicerina
(INPI, 2017-12-19) Rocha, Elisiane Dantas; Roa, Juan Pedro Bretas; Mesquita, João Paulo de; Silva, Alexandre Christófaro; Barral, Uidemar Moraes; Viana, Abraão José da Silva; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
A presente invenção descreve o processo de obtenção de um produto composto a partir de ácido húmico e glicerina. Os materiais foram obtidos por processo reativo em solução ácida, seguido de neutralização e secagem. A utilização de glicerina e diferentes tempos de processamento proporcionam uma forma de modular a quantidade de grupos funcionais presentes na estrutura do produto obtido. Desta forma, com esses novos materiais, e possível proporcionar a adsorção de diferentes tipos de íons, dependendo do pH do meio ao qual este está exposto, sendo capazes de modular a capacidade de troca de cátions (CTC) e aumentar a disponibilidade de nutrientes e ser usado como condicionador de solos que necessitem de correção ou favorecer a fertilidade em diferentes tipos de solo com vista ao aumento de produtividade, seja em solo ou outros sistemas de produção agrícola como sistemas hidropônicos, que podem ser utilizado seja na forma de pó, ou em solução aquosa.
Conversão catalítica do glicerol em potenciais aditivos para biocombustíveis
(UFVJM, 2018) Lage, Guilherme Luiz da Costa; Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Hurtado, Gabriela Ramos; Verly, Rodrigo Moreira; Klein, Stanlei Ivair; Mesquita, João Paulo de
O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um método de acetalização de polióis com cetonas e aldeídos em meio ácido sem aplicação de solventes seguida da conversão química de um dos acetais em aditivos para diesel/biodiesel. As reações de acetalização foram realizadas empregando-se um catalisador heterogêneo de baixo custo relativo, no qual grupos sulfônicos (-SO3H) foram incorporados a uma matriz de sílica (SiO2), oriunda de areia utilizada em construções. Este método foi aplicado com êxito para a obtenção de acetais cíclicos alifáticos. Dentre os acetais obtidos destaca-se a síntese do (2,2-dimetil-1,3-dioxolan- 4-il)metanol ou solketal que foi isolado com rendimento superior a 98%. Pelo exposto, o solketal foi utilizado na síntese de substâncias com potencial atividade como aditivos para a mistura diesel/biodiesel. Estas substâncias sintéticas foram submetidas aos testes de avaliação de desempenho e emissões em um motor-gerador diesel. Tais compostos foram diluídos na proporção de 0,1% v/v em óleo diesel comercial (S-10) contendo 8% de biodiesel. Os combustíveis aditivados assim produzidos mostraram potencial ação na redução de gases CO e CO2, na diminuição da temperatura de exaustão e do consumo específico em relação ao diesel comercial. A avaliação da capacidade antioxidante dos compostos sintetizados também foi avaliada valendo-se da voltametria cíclica. Utilizou-se como referência um antioxidante natural o ácido gálico. Os resultados mostraram que o composto sintético galato de solketila possui ação antioxidante superior ao ácido gálico, conferindo-lhe potencial aplicação como aditivo antioxidante.
Desenvolvimento de (foto)catalisadores baseados em g-C3N4 modificados com grupos funcionais oxigenados para aplicações em reações Tipo-Fenton
(UFVJM, 2023) Oliveira, Wanessa Lima de; Mesquita, João Paulo de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)
O setor produtivo passará por mudanças significativas nas próximas décadas tendo em vista o processo de descarbonização global. Dentro deste contexto, a catálise terá papel-chave, uma vez que aproximadamente 80% dos produtos manufaturados utilizam, em alguma das suas fases de produção, processos catalíticos. Assim, para atingir a tão sonhada sustentabilidade, os catalisadores terão que ser redesenhados para operarem sob condições mais brandas, reduzindo custos, uso de energia e causar menos danos ambientais. Desta forma, a busca por materiais que sejam eficientes, sustentáveis e de fácil obtenção têm se mostrado um grande desafio para a comunidade acadêmica e para as indústrias. Neste trabalho diferentes estratégias de inserção de oxigênio na estrutura de nitreto de carbono grafítico polimérico (C3N4-N) foram investigadas, isto é, síntese em atmosfera aberta, oxidação com ácido nítrico e persulfato de amônio e hidrólise alcalina. Por fim, o material que apresentou uma superfície química mais homogênea foi também usado para imobilização de íons de ferro (III) e assim obter um novo catalisador tipo single atoms. As propriedades catalíticas de todos os materiais foram avaliadas a partir das reações de degradação do corante índigo carmim, usando procedimentos baseados nas reações tipo-Fenton heterogêneo e foto-Fenton. No geral, todos os procedimentos utilizados melhoraram a atividade catalítica do C3N4-N, mostrando a importância dos grupos funcionais oxigenados para as reações de produção de radicais oxidantes, em especial, HO•. Em relação aos procedimentos oxidantes observou-se que a atividade catalítica para a degradação do corante apresentou a seguinte ordem; atmosfera aberta< HNO3~(NH4)2S2O8, sendo a amostra C3N4-24h (oxidada com (NH4)2S2O8) a que apresentou melhor atividade fotocatalítica com uma k’ de 0,040 min-¹ e a amostra C3N4-3M (oxidada com HNO3) a melhor atividade catalítica com constante de velocidade aparente, k’, de 0,038 min-¹. Apesar da melhora das propriedades catalíticas observadas com as estratégias oxidantes, as reações de oxidação não são seletivas levando a formação de grupos químicos inativos e dificultando a investigação do mecanismo reacional, uns dos principais desafios da linha de catalisadores não metálicos. Assim, a hidrólise alcalina foi utilizada para potencializar as propriedades catalíticas do C3N4-N. Neste procedimento simples, a reação controlada, além de promover a Exfoliação do material, produz fragmentos de C3N4 com dimensões bem definidas, com a introdução seletiva de grupos funcionais tipo-ciamelurato, gerando materiais com excelentes propriedades catalíticas e facilitando o estudo do mecanismo reacional. Com essa estratégia, obteve-se um novo catalisador com alta atividade em uma ampla janela de pH, no qual, um mecanismo redox radicalar realístico foi determinado usando medidas de espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica e cálculos teóricos. Neste mecanismo, os grupos funcionais tipo-ciamelurato reagem com o peroxido de hidrogênio formando radicais, HO• e uma estrutura radicalar na superfície, a qual é restaurada a partir de outra reação com peróxido de hidrogênio que forma radicais, HOO•. Por fim, os fragmentos de C3N4-N funcionalizados com grupos tipo-ciamelurato foram usados para coordenação de íons Fe³+, gerando um catalisador baseado em single-atoms. Pelas caracterizações realizadas pode-se observar que o ancoramento ocorreu com boa dispersão e alta uniformidade nos fragmentos. Além da boa estabilidade, os materiais apresentarem alta atividade catalítica tipo-Fenton em pH ácido, assim como uma boa atividade fotocatalítica na degradação do corante índigo de carmim, apresentado uma taxa de degradação do corante superior a 90%. A avaliação preliminar do material para reações de oxidação, usando álcool benzílico como molécula modelo, resultou em uma conversão de 89% para a amostra F-C3N4@ 1h e 71% para a amostras F-C3N4@ 3h, ambas com seletividade de 100% para benzaldeído após 15h de reação. Em suma, os resultados aqui apresentados podem contribuir de maneira efetiva tanto para o avanço do desenvolvimento de novos materiais baseados em nitreto de carbono grafítico, quanto para a elucidação dos mecanismos reacionais que utilizam essa classe de catalisadores. Por fim, presume-se que, as modificações realizadas no nitreto de carbono grafítico possam orientar futuras investigações para o desenvolvimento de catalisadores isentos de metal ou de átomo/sítio único para aplicações em reações de oxidação em diversos segmentos e campos da catálise e fotocatálise.
Estudo da partição de Carbon Dots em sistemas aquosos bifásicos: potencialidades para catálise de transferência de fase
(UFVJM, 2017) Huamaní, Edgard Ronny Delgado; Mesquita, João Paulo de; Lemos, Leandro Rodrigues de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mesquita, João Paulo de; Roa, Juan Pedro Bretas; Mourão, Henrique Aparecido de Jesus Loures; Lemos, Leandro Rodrigues de
Neste trabalho, Carbon Dots (CD) oxidados foram preparados a partir de reações de desidratação/oxidação ácida da celulose, e posteriormente desoxigenados em meio alcalino e reação com sulfato de hidrazina. As caracterizações dos CD foram feitas com Microscopia eletrônica de Transmissão, FTIR, titulação potenciométrica, Ressonância Magnética Nuclear de 13C e espectroscopia UV-Vis e fluorescência. Os resultados obtidos com estas caracterizações mostraram que a amostra oxidada apresenta um tamanho médio aproximadamente de 2,7 nm com uma significativa quantidade de grupos funcionais oxigenados ácidos, dos quais 63% são ácidos carboxílicos. Após as reações de modificação superficial foi verificado que em meio alcalino ocorre somente uma eliminação de nanoestruturas mais oxidadas, enquanto que na reação com hidrazina ocorre a redução de alguns grupos carboxílicos e epóxidos com formação de grupos funcionais hidrazonas. Como consequência da modificação superficial, as propriedades ópticas dos CD são alteradas significativamente. Com a redução, o band gap diminui e a energia da emissão aumenta, deslocando-se para a região azul do espectro eletromagnético. Uma vez caracterizados, a partição de todos os CD preparados foi investigada em diferentes Sistemas Aquosos Bifásicos (SAB), nos quais foram avaliados os efeitos dos cátions e ânions dos sais, dos polímeros e do pH inicial do sistema no coeficiente de partição (K). Em adição foi avaliado o efeito da modificação superficial das nanopartículas. A relação do K com comprimento da linha de amarração (CLA), o parâmetro termodinâmico dos SAB foi estudado para todos os sistemas. Os resultados obtidos mostraram que a melhor separação ocorreu com o sistema PEO1500+sulfato de lítio+água em pH=3 e usando os Carbon Dots reduzidos com hidrazina. O valor do K para este sistema foi de 64,4. Por outro lado, o menor valor de K foi 0,79, foi obtido para o sistema PEG1500+tartarato de sódio+água em pH=6 e usando Carbon Dots oxidados. As análises detalhadas das fases superior e inferior de alguns destes sistemas com espectroscopia de fluorescência mostraram que os SAB são capazes, além de particionar, separar as nanopartículas com diferentes propriedades ópticas, as quais estão diretamente associadas às propriedades superficiais e tamanho de partículas. Por fim, nós avaliamos a atividade catalítica foto-Fentom dos CD na degradação do corante aniônico índigo de carmim e os resultados mostraram que os CD apresentam atividade fotocatalítica neste sistema. Devido à alta partição verificada para o sistema PEG1500+ sulfato de lítio+água, este foi usado para avaliar a potencialidade de seu uso em catálise de transferência de fase usando CD como fotocatalisador e o corante índigo de carmim como molécula modelo. Apesar da complexidade e da dificuldade de caracterização dos produtos da foto-oxidação no SAB, os resultados obtidos indicam que o sistema testado pode ser usado em reações de transferência de fase fotocatalisadas. Como conclusão final, acredita-se que os resultados apresentados, em especial, a partição/seleção das nanopartículas com distintas propriedades ópticas são de extrema importância para o desenvolvimento de novas e eficazes aplicações dos CD.
Filmes automontados baseados nos biopolímeros quitosana e colágeno com Carbon Quantum Dots com potenciais aplicações tecnológicas
(UFVJM, 2017) Pinto, Tarciane da Silva; Mesquita, João Paulo de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mesquita, João Paulo de; Franco, Débora Vilela; Paula, Everton Luiz de
Neste trabalho, Carbon Dots (CDs) obtidos a partir de celulose de algodão e contendo 4,5 mmol.g-1 de grupos funcionais ácidos, dos quais 63 % exibiam pKas típicos de ácidos carboxílicos foram usados na preparação de filmes automontados com os biopolímeros quitosana (QT) e colágeno (CL) a fim de verificar a morfologia, espessura e interações moleculares entre os componentes. A quitosana usada apresentou um total de 4,2 mmolg-1 de grupos funcionais -NH2, correspondente a um grau de desacetilação de ~70 %. Por outro lado, o colágeno hidrolisado apresentou diferentes grupos funcionais com acidez de Brønsted, típicos da presença de diferentes aminoácidos na estrutura. Todos os filmes finos foram preparados com a técnica de deposição camada por camada (do inglês: Layer-by-layer (LbL)) por meio de imersão do substrato nas diferentes soluções. Os materiais foram caracterizados por diferentes técnicas, incluindo Microscopia de Força Atômica, Espectroscopia na região do UV-Vis, Espectroscopia de Ressonância de Plasma de Superfície e Titulação Calorimétrica. Em todas as condições experimentais utilizadas para o crescimento dos filmes, observou-se um crescimento linear da quantidade de material depositado com o número de imersões realizadas. No entanto, diferentes condições das soluções dos biopolímeros e da suspensão de Carbon Dots produziram filmes com espessura e morfologia diferentes. Nos filmes de QT/CDs a quantidade de nanopartículas depositadas por bicamada, com solução de quitosana em pH = 3,5, pH = 5 e pH = 3,5 na presença de 0,1 mol/L de NaCl, foram, respectivamente, 11 mg.m-2, 16 mg.m-2 e 24 mg.m-2 sendo as espessuras dos filmes, com 20 bicamadas, correspondentes a estas quantidades foram de 60, 150 e 200 nm. Este resultado é atribuído ao aumento da flexibilidade das cadeias poliméricas dos biopolímeros, as quais estão menos carregadas. Dessa forma, as cadeias podem apresentar conformações mais adequadas para recobrir eficientemente a estrutura das nanopartículas quase esféricas. Além disso, o aumento da força iônica da solução de Carbon Dots também contribui para o aumento de material depositado devido à formação de aglomerados sob estas condições. Nos filmes de CL/CDs, a quantidade de nanopartículas depositadas, com solução de colágeno em pH = 3,16, pH = 5 e pH = 3,16 na presença de 0,1 mol/L de NaCl, foram 2,3 mg.m-2, 6,46 mg.m-2 e 6,41 mg.m-2, respectivamente. No entanto, a energia de interação, obtida por calorimetria isotérmica, é maior em pH baixo. Em geral, a quantidade de material depositado nos filmes de colágeno é bem inferior às observadas para os filmes de QT/CDs e, consequentemente, filmes com espessuras entre 40 e 50 nm. Além disso, não foi observada variação significativa entre as massas depositadas nestes filmes com o aumento do pH e força iônica. Estes resultados podem estar relacionados à menor “carga parcial positiva” sobre as cadeias da proteína em relação a quitosana, observada pelos potenciais zeta nestas condições. Por fim, os resultados aqui apresentados sugerem que as estruturas dos filmes, isto é, morfologia e espessura, podem ser facilmente controladas e reproduzidas manipulando-se as condições das soluções dos biopolímeros, além do tradicional número de imersões. Em adição, o estudo pode contribuir para o desenvolvimento de uma nova classe de dispositivos de alto desempenho, como sensores e superfícies fotoativas.
Funcionalização de carbon dots com peptídeo antimicrobiano ecPis-4s
(UFVJM, 2021) Souza, Aniely Pereira de; Mesquita, João Paulo de; Verly, Rodrigo Moreira; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mesquita, João Paulo de; Munhoz, Victor Hugo de Oliveira; Pereira, Fabiano Vargas
Neste trabalho, os carbon dots (CDs) foram funcionalizados com o peptídeo ecPis-4s, com o objetivo de obter um (bio)nanomaterial com propriedades antioxidantes e antibacterianas, para futuras aplicações relacionadas a interações peptídeo-membranas celular. Os CDs foram preparados a partir de reações de desidratação e oxidação ácida do biopolímero celulose. A metodologia utilizada foi escolhida devido á possibilidade de obtenção de nanopartículas com alta concentração de grupos funcionais oxigenados, que serão úteis para o ligação do peptídeo antimicrobiano ecPis-4s nanopartículas. A funcionalização dos CDs foi realizada através da reação dos grupos carbonila e/ou hidroxila com o grupo amino ou amônio do peptídeo por meio da ativação destes grupos usando 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) carbodiimida (EDAC) e acetato de etil-2-ciano-2-(hidroxiimino)(Oxyma pure®). Os materiais obtidos foram caracterizados com diferentes técnicas, incluindo Ressonância Magnética Nuclear de hidrogênio (RMN ¹H), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR- do inglês Fourier Transform Infrared Spectroscopy) e potencial zeta. Após a funcionalização com o peptídeo, o potencial zeta das nanopartículas de CDs passou de -50,5 mV para -23,4 mV, sugerindo o consumo de alguns grupos funcionais negativamente carregados, como os carboxílicos, em pH inferior a 6. Nos espectros no infravermelho e de RMN ¹H dos CDs funcionalizados, após purificação, pôde-se observar bandas características de ambos os compostos. Destaca-se, por exemplo, as absorções em 1360 e 1050 cm-¹, a primeira observada somente no espectro do CDs e a segunda bem definida no espectro do peptídeo. Em adição, observa-se a presença do grupo funcional amida por meio das absorções em 1638 e 1560 cm-¹. Além dessas observações, a funcionalização pode ser indiretamente relacionada ao estreitamento da absorção em 3340 cm-¹(ν O-H), o que sugere uma diminuição das ligações de hidrogênio na amostra de CDs após a reação. Se, por um lado, as nanoestruturas funcionalizadas não apresentaram atividade antioxidante, por outro, os resultados da atividade antimicrobiana in vitro, mostraram que as nanopartículas funcionalizadas são capazes de inibir o crescimento bacteriano similarmente ao ecPis-4s para Staphylococcus aureus ( S. aureus), e Escherichia coli (E. coli), mostrando que elas podem inibir tanto o crescimento de bactérias Gram-positivas quanto Gram–negativas. Este resultado está diretamente relacionado à conformação em α-hélice do peptídeo covalentemente ligado à superfície dos CDs, como mostrado pelos resultados obtidos por dicroísmo circular em meio mimético de membranas.
Hematitas nanoparticuladas como fotocatalisadores potenciais para degradação química de contaminantes orgânicos em meio aquoso e a produção de hidrogênio por fragmentação molecular da água e da amônia
(UFVJM, 2017) Melo, Edilailsa Januário de; Fabris, José Domingos; Pereira, Márcio César; Mesquita, João Paulo de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Melo, Rogerio Alexandre Alves de; Cavalcante, Luis Carlos Duarte
O desenvolvimento de novos semicondutores fotocatalisadores, em particular os ativos na produção de hidrogênio por fragmentação molecular da água e da amônia (presente no lixiviado de biodigestores ou de aterros sanitários e em efluentes industriais), tem dominado a ordem prioritária de interesse nas tecnologias avançadas para a geração de energia limpa. Este trabalho teve como objetivo principal avaliar a produção fotocatalisada de hidrogênio gasoso, a partir da fragmentação molecular da água ou da amônia, por uso da hematita pura ou da hematita dopada com os cátions metálicos cobalto, níquel, cobre e zinco como materiais semicondutores. Os materiais preparados por coprecipitação foram caracterizados pelas técnicas de EDX, MEV, DRX, espectroscopia Mössbauer, FTIR, BET e XPS. A taxa da produção de hidrogênio foi avaliada por medidas de densidade da corrente gerada pelo H2(g) evoluído da fragmentação molecular da água ou da amônia, em célula fotoeletroquímica (PEC). Foram também realizados testes fotocatalíticos, sob luz visível, com as hematitas, pura e com dopantes, como fotocatalisadores para degradação do corante índigo de carmim, utilizado como molécula modelo, simulando a decomposição de substrato orgânico poluente em água presente em efluentes industriais. Os resultados dos testes de degradação do corante mostraram que as hematitas dopadas com cobre e zinco tiveram relativamente alta atividade na degradação do corante; os melhores resultados foram obtidos com a hematita com zinco. Na evolução do hidrogênio da fotocatálise da água, a dopagem com cátions metálicos não alterou significativamente a atividade fotoeletroquímica da hematita. Ainda assim, a amostra de hematita dopada com níquel foi a que apresentou um discreto aumento da densidade de corrente, maior proporção de hidrogênio gasoso produzido, sob radiação com comprimento de onda maior do que 450 nm. A densidade de corrente gerada da degradação da amônia foi maior, se comparada à fragmentação da água. No entanto, a dopagem também não alterou de forma significativa a atividade PEC dos materiais. Das amostras de hematitas dopadas, a com cobre foi a que apresentou os melhores resultados fotoeletroquímicos, ainda que abaixo da eficiência fotoeletroquímica da hematita pura.
Investigações estruturais e biofísicas da interação peptídeo-membrana: um estudo dos casos hilaseptina P4 e ecPiscidina 2s
(UFVJM, 2021) Nunes, Lúcio Otávio; Verly, Rodrigo Moreira; Munhoz, Victor Hugo de Oliveira; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Verly, Rodrigo Moreira; Lião, Luciano Morais; Silva, Adolfo Henrique de Moraes; Carneiro, Guilherme; Mesquita, João Paulo de
Os estudos do modo de interação de peptídeos antibacterianos com membranas biológicas são importantes para compreensão do mecanismo de ação dessas moléculas. Neste trabalho, foram selecionados dois potenciais peptídeos antimicrobianos para estudos da relação estrutura e atividade. Inicialmente os peptídeos hilaseptina P4 (HSP-4) e ecpiscidina 2s (ecPis-2s), originalmente isolados do anuro da espécie Hypsiboas punctatus e do peixe Epinephelus coioides, foram sintetizados pelo método de síntese em fase sólida para estudos estruturais e de interação com meios miméticos de membrana. Para isto, foram realizados estudos conformacionais por Dicroísmo Circular e estruturais por Ressonância Magnética Nuclear, além de estudos biofísicos da interação peptídeo-membrana por diferentes técnicas e ensaios complementares de atividade biológica para ambos os peptídeos. Na presença de meios miméticos de membrana o peptídeo HSP-4 apresenta conformação helicoidal, com uma inversão da anfipaticidade a partir do resíduo A17, representando uma característica importante para a agregação desse peptídeo na membrana. Além disso, observou-se que o resíduo His19 apresenta um papel fundamental de modular o processo de interação peptídeo-peptídeo e peptídeo-membrana. Os dados biofísicos para esta molécula demonstraram a maior interação do peptídeo com membranas predominantemente negativas de POPC:POPG (3:1) e os dados biológicos mostraram menor atividade hemolítica comparada à atividade antimicrobiana da HSP-4. A estrutura a ecPis-2s mostrou também característica anfipática, porém com a região N-terminal, incluindo a sequência FFF, desenovelada e inserida parcialmente na interface da membrana. Os dados de ITC mostraram a afinidade do peptídeo ecPis-2s com membranas de POPC:POPG (3:1) e os dados de extravasamento de fluoróforo revelaram a sua capacidade lítica no mesmo ambiente. Os dados de morte celular sugerem que este peptídeo atue como um formador de poros na membrana bacteriana.
Mineração de Texto: a clusterização aplicada em artigos científicos de Química, por meio do modelo Cassiopeia
(UFVJM, 2023) Amariz, Diego Sampaio; Guelpeli, Marcus Vinicius Carvalho; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Guelpeli, Marcus Vinicius Carvalho; Assis, Weslley Luiz da Silva; Mesquita, João Paulo de
A Química é uma ciência básica da natureza. Ao se dedicar à compreensão da natureza submicroscópica da matéria e suas transformações, desenvolve uma linguagem própria e produz um conhecimento fundamental sobre a natureza. Sua natureza como conhecimento básico a levou, junto com outras ciências da natureza, a compor o conhecimento de qualquer cidadão, quer seja para ler e compreender o mundo natural ou transformado pela mão do homem, quer seja para se continuar os estudos em nível superior ou técnico em outras áreas ou profissões. No entanto, assimilar e lidar com o grande volume de informação disponível, localizando-as de forma rápida e precisa, tornou-se um grande desafio, dentro da diversa gama documental existente. Com isso, Técnicas de Mineração de Texto podem auxiliar nesse processo, por meio da extração de dados textuais. Dessa forma, o objetivo dessa pesquisa é relacionar conceitos de Química encontrando palavras similares em artigos científicos de área, que possam demonstrar uma ligação entre alguns conceitos abordados no Ensino Médio. Por meio da técnica de clusterização com a utilização do modelo Cassiopeia, em um corpus de textos acadêmicos relacionados a Química. A pesquisa foi desenvolvida segundo as seguintes ações: levantamento bibliográfico; construção do corpus; coleta do corpus; análise estatística do corpus; mineração de texto; a clusterização; e, por fim, a análise dos dados a partir dos clusters gerados. Os resultados obtidos mostraram que a clusterização, efetuada no corpus, por meio do modelo Cassiopeia proporcionou a relação entre conceitos químicos, encontrando palavras similares nos artigos científicos que compõem o corpus desenvolvido nessa pesquisa. Destaca-se como contribuição desta pesquisa a criação de um corpus relacionado ao conteúdo de Química, que pode ser utilizado por pesquisadores em trabalhos futuros. Além disso, destaca-se a relação existente entre palavras em diversos artigos do corpus, que demonstram a ligação de conteúdos de Química abordados no EM.
Propriedades catalíticas tipo fenton e foto-fenton de g-C3N4 e heteroestruturas g-C3N4@x-FeOOH (x= α, β, δ e γ)
(UFVJM, 2019) Oliveira, Wanessa Lima de; Mesquita, João Paulo de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mourão, Henrique Aparecido de Jesus Loures; Castro, Mateus Carvalho Monteiro de; Mesquita, João Paulo de
Neste trabalho, as propriedades catalíticas tipo-Fenton (sob luz ambiente) e Foto-Fenton (sob luz visível) de g-C3N4 e heteroestruturas g-C3N4@x-FeOOH (x= α, β, γ, δ) foram avaliadas. Todos os materiais foram caracterizados com uma variedade de técnicas incluindo, DRX, FTIR, UV-Vis, TG, MEV-EDS, CHNS, entre outras. A metodologia utilizada para preparação do g- C3N4 foi a policondensação térmica da melamina e os difratogramas de raios X mostraram que a estrutura grafítica do nitreto de carbono começa a formar a partir de 450 ºC, com os picos característicos e bem definidos do g-C3N4 obtidos nas temperaturas de 500, 550 e 600 ºC. Nestas três condições, somente a amostra preparada a 600 ºC apresentou uma morfologia tipo “folha de papel amassado”. Por outro lado, todas as amostras apresentaram significantes quantidades de oxigênio na estrutura presente em diferentes grupos funcionais, tais como –OH e C=O, como indicado pelas técnicas de FTIR e titulação potenciométrica. Os resultados obtidos com a degradação fotocatalítica do corante índigo de carmin, na presença de H2O2 e radiação visível, mostraram que as amostras de g-C3N4 preparadas em 550 e 600 ºC apresentaram as melhores atividades fotocatalíticas. As constantes de velocidade aparente de pseudo-primeira ordem foram, de 10,2 x 10-3min-1para ambas as amostras. Por outro lado, a amostra obtida a 600 ºC foi a mais eficiente na degradação do corante na ausência de radiação incidente (somente luz ambiente). Neste momento, nós acreditamos que a atividade tipo Fenton heterogêneo é devido a funcionalidades de oxigênio (hidroquinona - quinona) que promovem a redução do H2O2, formando o radical hidroxila, o principal responsável pela degradação do corante. Com relação aos compostos metálicos e híbridos, nós observamos que todos os quatro polimorfos de oxihidróxidos de ferro (III) foram obtidos com boa cristalinidade e as heteroestruturas g-C3N4@x- FeOOH (x= α, β, γ, δ) com percentuais de aproximadamente 5% de g-C3N4. No geral, as atividades catalíticas observadas para os compostos de ferro foram similares. Todavia, a heteroestrutura g-C3N4/α -FeOOH apresentou o melhor resultado de atividade fotocatalítica (k’=21,5 x 10-3min-1). O potencial de aplicação em conservação de frutos, banana prata, da heteroestrutura g-C3N4/α-FeOOH foi avaliado através de um experimento visual, no qual se demonstrou eficiente no retardamento do amadurecimento do fruto. Por fim, nós acreditamos que os resultados obtidos são interessantes, principalmente com relação à atividade tipo Fenton heterogêneo, livre de metais, observada para as amostras de g-C3N4 ainda não relatado na literatura.
Propriedades eletroquímicas do óxido ternários [Sn0,5Ru(0,5-x)Irx]O2 para a degradação de poluentes orgânicos e o estudo do comportamento supercapacitivo
(UFVJM, 2019) Teles, José Joaquim de Sá; Silva, Leonardo Morais da; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Silva, Leonardo Morais da; Ferreira, Lucas Franco; Mesquita, João Paulo de; Franco, Débora Vilela; Cestarolli, Dani Tadeu
Eletrodos de malha de óxidos mistos microstruturados denominados EMOM- Sn0,5Ru(0,5-x)Ir(x)O2 foram preparados sobre tela de aço inoxidável por decomposição térmica usando-se o método de imersão (dip-coating). O estudo de MEV revelou uma morfologia superficial do tipo 'barro-rachado‘ para as diferentes composições. Os espectros de DRX revelaram a formação de filmes de óxidos com boa cristalinidade. A voltametria cíclica revelou um comportamento pseudocapacitivo reversível devido às transições redox superficiais no estado sólido, sendo que o fator de morfologia (φ) apresentou valores de 0,61-0,97 característicos de eletrodos altamente rugosos/porosos. O corante Cibacron LS-G dissolvido em água isenta de eletrólitos foi degradado numa célula munida de eletrólito polimérico sólido (EPS). A reação de captura de radicais hidroxila (OH•) com o reagente N,N-dimetil-p-nitrosoanilina (RNO) confirmou que os EMOM geram radicais fracamente adsorvidos durante a eletrólise da água. A energia elétrica consumida por ordem (EEO) que caracteriza o processo da degradação do corante não foi significantemente influenciada pela concentração inicial do corante. A análise da taxa de mineralização revelou que o EMOM- Sn0,5Ru0,2Ir0,3O2 apresenta o melhor desempenho global para a degradação do Cibacron LS-G. Eletrodos de óxidos metálicos mistos nanoestruturados denominados Ti/Sn0,5Ru(0,5-x)Ir(x)O2 foram preparados sobre titânio por decomposição térmica usando-se o método de gotejamento da solução precursora (drop-coating). A análise de MEV revelou a presença de domínios micrométricos (≈50 μm) que contêm em seus sub-domínios nanométricos (< 1 μm) nanopartículas com diâmetro médio de ≈200 nm. A análise de DRX revelou um baixo grau de cristalinidade. O fator de morfologia apresentou valores no intervalo de 0,11‒0,33. O estudo cronoamperométrico conduzido em tempos curtos (t ≤ 50 ms) revelou valores máximos da capacitância específica da dupla camada no intervalo de 68‒75 F g‒1 para o Ti/Sn0,5Ir0,5O2. Já o estudo conduzido em tempos longos (0,1 s ≤ t ≤ 3 s) revelou que as reações Faradáicas reversíveis no estado sólido exibem comportamento anômalo. O estudo de impedância revelou que os EMOMs exibem um comportamento do tipo poroso, permitindo a determinação da pseudocapacitância e a resistência do eletrólito no interior dos poros. Os óxidos mistos contendo Sn, Ru e Ir apresentam propriedades interessantes tanto para a degradação de corantes industriais como para o armazenamento de energia limpa.
Síntese e caracterização de heteroestruturas de óxido de zinco (ZnO) com nitreto de carbono (C3N4) para aplicações fotocatalíticas heterogêneas
(UFVJM, 2020) Martins, Nailma de Jesus; Mourão, Henrique Aparecido de Jesus Loures; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mourão, Henrique Aparecido de Jesus Loures; Mesquita, João Paulo de; Oliveira, Cauê Ribeiro de
O enfrentamento dos problemas ambientais relacionados à contaminação de águas e do ar e a geração de energia renovável dependem do desenvolvimento de materiais mais eficientes, baratos, estáveis e de fácil utilização. A fotocatálise heterogênea com semicondutores vem sendo estudada para estas aplicações, no entanto, ainda existem desafios para tornar a fotocatálise heterogênea viável em um processo em larga escala. A associação de diferentes semicondutores formando uma heteroestrutura surge como uma ótima alternativa para se superar estes desafios, contudo, o próprio processo de obtenção de uma heteroestrutura é desafiador. Neste sentido, este trabalho apresenta um método considerado simples para a obtenção de fotocatalisadores heteroestruturados compostos por ZnO e g-C3N4. As partículas cristalinas de ZnO foram obtidas pelo método sol-gel hidrolítico, utilizando acetato de zinco como precursor sob pH controlado à temperatura ambiente, e o g-C3N4 (amostra denominada CN) foi obtido por policondensação térmica da melamina a 550 ºC por 2 h. As heteroestruturas de ZnO:CN foram obtidas por precipitação de ZnO em dispersões contendo 15%, 50% e 85% da CN, que foram referidos como ZnO:CN15%, ZnO:CN50% e ZnO:CN85%, respectivamente. As amostras sintetizadas apresentaram ambas as fases desejadas, ZnO cristalino na fase wurtzita e g-C3N4, em composições semelhantes às esperadas. As heteroestruturas mostraram espectros com bandas de absorção deslocadas para a região visível e menores valores de band gap que o ZnO puro devido à presença de g-C3N4 nas heteroestruturas, o que torna este material interessante para aplicações fotocatalíticas no visível ou sob radiação solar. Além disso, as heteroestruturas de ZnO:CN foram ativas para degradar o fármaco amilorida (AML) sob irradiação visível e ultravioleta. A amostra ZnO:CN50% apresentou o melhor desempenho, atribuída à formação de mais heterojunções entre ZnO e g-C3N4, provavelmente formando uma heteroestrutura tipo II. As heteroestruturas também foram aplicadas em testes de conversão de CO2 onde apresentou fotorredução em produtos de valor agregados como monóxido de carbono, metano e etileno. A associação dos dois semicondutores resultou em maior estabilidade do fotocatalisador, o que é extremamente importante para aplicações fotocatalíticas em larga escala, especialmente no caso do uso do ZnO que geralmente apresenta estabilidade dependente do pH.
Síntese e caracterização de materiais à base de titanato de estrôncio (SrTiO3) e suas aplicações fotocatalíticas
(UFVJM, 2018) Ferreira, Meiriele Antunes; Mourão, Henrique Aparecido de Jesus Loures; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mourão, Henrique Aparecido de Jesus Loures; Mesquita, João Paulo de; Dalmaschio, Cleocir José
Neste trabalho é apresentado um estudo de síntese de heteroestruturas utilizando os semicondutores titanato de estrôncio (SrTiO3) e nitreto de carbono (C3N4) com ampliação da banda de absorção de energia para a região do visível e aplicação em fotocatálise heterogênea. A obtenção das heteroestruturas foi realizada em diferentes proporções por dois procedimentos; o primeiro realizado por tratamento térmico do SrTiO3 e diferentes percentuais de melamina (precursor de C3N4) a 550 ºC, com as amostras denominadas como STOCN-MelX% (X = 50%, 86%, 88%, 92%, 95%, 97% e 99%). O segundo procedimento utilizou tratamento sonoquímico e térmico de SrTiO3 e C3N4 nas proporções STOCNX% (15%, 50% e 85%) a 300 °C. Os materiais obtidos foram caracterizados para estudo da estrutura, morfologia, superfície, composição química, propriedades ópticas e perda de massa, através da difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia de reflectância difusa e termogravimetria, respectivamente. E uma avaliação da atividade fotocatalítica dos materiais obtidos foi realizada sob radiação na região do visível na degradação de azul de metileno e amilorida. Os resultados obtidos possibilitaram observar que no primeiro procedimento, o rendimento de C3N4 aumentou com uso de maior percentual em melamina. As atividades fotocatalíticas por este procedimento foram maiores para as amostras STOCN-Mel99% e STOCN-Mel95% na degradação do corante azul de metileno e da amilorida, respectivamente. Os valores de gap para as heteroestruturas STOCN-MelX% (95%, 97% e 99%) em 2,7 eV indicaram a ampliação da banda de absorção de energia do SrTiO3 para a região do visível. As proporções obtidas por tratamento sonoquímico, STOCNX% (15%, 50% e 85%), apresentaram maior desempenho fotocatalítico na degradação da amilorida em comparação aos seus constituintes SrTiO3 e C3N4 em todas as proporções avaliadas. Os procedimentos estudados são promissores na obtenção de heteroestruturas apresentando valores de constante cinéticas bem similares no desempenho fotocatalítico. Desta forma, os semicondutores SrTiO3 e C3N4 usados para obtenção de heteroestruturas são promissores para aplicação em fotocatálise heterogênea utilizando luz solar, por exemplo. Visto que essa fonte de energia é renovável e com viabilidade econômica e ambiental.