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Análise da eficiência de linhagens fúngicas do gênero pleurotus no tratamento da vinhaça
(UFVJM, 2018) Maas, Adriele Santos Van Der; Bomfeti, Cleide Aparecida; Barros, Aruana Rocha; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Bomfeti, Cleide Aparecida; Afonso, André Santiago; Faria, Márcia Cristina da Silva; Pereira, Márcio César
A vinhaça é um subproduto oriundo das usinas de açúcar e álcool,com uma geração média de 10 a 14 litros por litro de etanol produzido. É um resíduo com baixo pH, elevada turbidez, e quando disposto de forma inadequada pode provocar uma série de desequilíbrios ambientais. A utilização de fungos do gênero Pleurotus como microrganismos biorremediadores surge como uma possível alternativa para o tratamento desse resíduo, pois esses organismos produzem enzimas que podem reduzir ou remover totalmente poluentes no ambiente. Por apresentar essa capacidade em produzir enzimas, muito estudos utilizam os corantes como meio de avaliação e seleção de linhagens com potencial de biodegradação. Deste modo, este trabalho foi dividido em duas etapas, sendo objetivo da primeira, analisar a capacidade de sete linhagens de Pleurotus sp. em degradar o corante azul de metileno nas concentrações de 0,02 e 0,04 g.L-1, com o intuito de identificar três linhagens com potencial para o tratamento da vinhaça. A segunda etapa, teve o objetivo de avaliar a capacidade de degradação da matéria orgânica presente na vinhaça em tratamentos com concentração de 25% e 100% com e sem ajuste de pH pelas três linhagens selecionadas na etapa anterior. Além disso, a eficiência de uma dessas linhagens em conjunto com a nanopartícula δ-FeOOH, também foi avaliada. Os resultados da primeira etapa revelaram que após sete dias de crescimento, todas as linhagens foram visivelmente capazes de reduzir a coloração dos meios contendo azul de metileno, e para as linhagens ERY, HI e SB a redução da absorbância em comparação ao controle foi de aproximadamente 80%. Pelos resultados da segunda etapa, foi possível evidenciar que as linhagens de Pleurotus sp. apresentaram grande potencial em descolorir a vinhaça tanto nas concentrações de 25 e 100%, com destaque para a linhagem HI (Pleurotus ostreatus) que apresentou remoção de 90% na turbidez e DQO nos tratamentos de 25%. O acréscimo de δFeOOH não alterou os percentuais de remoção da linhagem HI no meio contendo vinhaça 25%, mas induziu a linhagem a ser atraída por um imã. Conclui-se pelos resultados que a vinhaça após o tratamento fúngico pode apresentar características favoráveis ao seu uso como biofertilizante e o acréscimo de δ-FeOOH pode favorecer a retirada do fungo devido a essa capacidade de torná-lo magnético.
Aproveitamento do glicerol em células fotoeletroquímicas para produção de H2 e eletricidade com fotoanodos à base de BiVO4, WO3 E V2O5
(UFVJM, 2018) Andrade, Tatiana Santos; Pereira, Márcio César; Rodriguez, Mariandry; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Rodrigues, Jairo Lisboa; Oliveira, Luiz Carlos Alves de
Com a crescente relevância da produção do biodiesel no cenário atual, intensifica-se também a geração de glicerol bruto. O glicerol é formado em abundância nessa cadeia produtiva, representando 10% em peso do produto final. Dessa forma, a fim de permitir maior competitividade para a indústria do biodiesel, faz-se imprescindível a investigação por alternativas que visem o aproveitamento desse subproduto. Entre as possíveis transformações promissoras para o glicerol bruto, encontra-se o emprego de células fotoeletroquímicas. Nessas células, soluções aquosas de glicerol são convertidas em hidrogênio gasoso quando energia luminosa suficiente é incidida sobre o fotocatalisador. Apesar do grande potencial das células fotoeletroquímicas para o aproveitamento do glicerol, o desafio prevalecente é sintetizar um fotocatalisador que gere uma alta corrente fotovoltaica nas condições envolvidas, e tenha uma alta estabilidade e capacidade de absorção da luz vísivel. Neste trabalho, sintetizou-se fotocatalisadores à base de BiVO4, WO3 e V2O5 por método drop coating, a fim de avaliar seu potencial emprego em células fotoeletroquímicas em soluções de glicerol. As propriedades fotoeletroquímicas dos materiais foram investigadas por voltametria cíclica, impedância eletroquímica, Mott-Schottky, cronoamperometria e cronopotenciometria em soluções de Na2SO4 e Na2SO3. Além disso, caracterizou-se os materiais por reflectância difusa (DRS), Difração de Raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostram que as heterojunções sintetizadas são fotocatalisadores eficientes para clivagem da água. Particularmente, a heterojunção de BiVO4/WO3/V2O5 se destaca pela geração de alta corrente fotovoltaica e boas propriedades fotoeletroquímicas, mostrando que a junção dos três materiais foi realizada com êxito. Testes em soluções de glicerina geraram resultados ainda melhores, enaltecendo o desempenho dessa heterojunção em células fotoeletroquímicas para aproveitamento de glicerol.
Avaliação da eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em minérios e rejeitos de mineração nas reações de transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleo
(UFVJM, 2018) Rocha, Bárbara Gonçalves; Fabris, José Domingos; Roa, Juan Pedro Bretas; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Nelson, David Lee; Pereira, Márcio César; Teixeira, Ana Paula de Carvalho; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Ferreira, Giovana Ribeiro
A diversificação da matriz energética, por razões econômicas, ambientais e da própria política energética das nações, tem suscitado foco especial nos biocombustíveis, particularmente no bioetanol e no biodiesel. Na indústria, o biodiesel (ésteres de ácidos graxos com um álcool de cadeia molecular curta) é, mais comumente, produzido pela transesterificação de triacilgliceróis de óleos vegetais ou gordura animal, com metanol ou etanol, sob catálise homogênea com uma base (KOH ou NaOH). Por representarem alternativas potencialmente mais sustentáveis, dos pontos de vistas econômicos e ambientais, o presente trabalho foi dedicado a avaliar a eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em materiais de minérios: (i) de nióbio, enriquecido em Nb2O5 (Geo.Nb2O5); (ii) de areia monazítica (Geo.Mona), uma fonte mineral de terras raras, e (iii) de rejeitos de mineração de fosfato, ricos em magnetita (Geo.Mag.CMT e Geo.Mag.CMA). Os materiais minerais foram preparados em mistura com componentes ácidos (H2SO4; HCl ou HF) ou básicos (KOH; , KBr, NaOH; CaO; KI; KF ou KCl). As reações de transesterificação foram conduzidas sob refluxo, com óleo de soja comercial e metanol, sob ação dos catalisadores sólidos. A razão molar padrão óleo:metanol foi de 1:100, com 10% de catalisador em relação ao óleo, a 60 ºC. Dos testes realizados com os materiais preparados com CaO sintético comercial, nas mesmas condições, a mistura calcinada a 800 ºC por 4 h rendeu ésteres metílicos sempre acima de 99%; o menor tempo de reação (2 h, para completar a transesterificação) foi conseguido com o catalisador baseado na Geo.Mona, em relação ao Geo.Nb2O5 (5 h), ao Geo.Mag.CMT (3 h) e o Geo.Mag.CMA também (2 h). Analisou-se o reuso consecutivo do catalisador. Após cada reação, o catalisador sólido era lavado com metanol e seco a 100 oC. O melhor resultado foi obtido com o rejeito magnético com CaO calcinados a 200 ºC por 4 h, para o que se conseguiu até 8 reações consecutivas. Nas impregnações com ácidos e bases, os melhores resultados foram com a mistura Geo.Nb2O5 e KOH calcinada a 600 ºC, para a qual conseguiu 8 reações consecutivas, com rendimento químico em ésteres metílicos de praticamente 100% e tempo reacional de 10 min, no primeiro uso. O efeito catalítico sinérgico mais significativo foi conseguido com o catalisador baseado em cada um dos três materiais avaliados em mistura com CaO: nenhum efeito catalítico significativo na reação de transesterificação de triacilglcieróis do óleo foi observado apenas com o material mineral puro calcinado. O CaO puro como catalisador, também calcinado e usado em reação, levou a rendimentos químicos pouco acima de 80%. A mistura individual do material mineral com CaO, nas mesmas condições de preparação anteriores, levaram a rendimentos químicos de efetivamente 100%. Os presentes resultados revelam a excepcional potencialidade, dos pontos de vista químico, econômico e ambiental, dos catalisadores mistos, dos materiais minerais com CaO, ora avaliados, nos processos de produção industrial de biodiesel.
Avaliação toxicológica e remoção de mercúrio(II) em águas contaminadas e resíduos de mineração da bacia do Rio Doce usando nanoadsorventes de δ-FeOOH modificado quimicamente
(UFVJM, 2019) Maia, Luiz Fernando Oliveira; Rodrigues, Jairo Lisboa; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Rodrigues, Jairo Lisboa; Pereira, Márcio César; Carneiro, Maria Fernanda Hornos; Faria, Márcia Cristina da Silva
O mercúrio é considerado uma das “principais substâncias perigosas” pela Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR), Agência de Substâncias Tóxicas e Registro de Doenças, devido à sua persistência, bioacumulação e toxicidade no meio ambiente. Nesse sentido, tem-se desenvolvidos novos métodos de remoção deste elemento em águas residuais com a finalidade de alcançar os limites estabelecidos pela legislação. Portanto, é imprescindível que se possa além de quantificar com exatidão as concentrações deste metal presente na água, mas também seja possível prover de meios eficientes e de baixo custo para recuperar áreas contaminadas, como áreas que recebem resíduos provenientes do processo de mineração, de indústrias químicas ou até mesmo de desastres ambientais, como o ocorrido na cidade de Mariana-MG, devido a ruptura da barragem da Samarco. Dessa forma, a síntese de nanomateriais de ferro podem representar um avanço na remediação ambiental, unindo a grande afinidade que estes materiais possuem com metais à eficiência promovida pela elevada área superficial proporcionada pelas nanopartículas. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo (i) sintetizar nanopartículas de δ-FeOOH e modificá-las quimicamente para remoção de mercúrio em águas contaminadas e (ii) realizar análises físico-químicas e toxicológicas em amostras de água do Rio Doce. Os nanomateriais foram caracterizados pelas ténicas difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho por reflectância total atenuada (FTIR-ATR), espectroscopia raman, microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS), medidas de áreas superficial específica (BET), medidas de magnetização por magnetometria de amostra vibrante (VSM) e potencial zeta. As capacidades de adsorção dos adsorventes foram investigadas em função do pH, do tempo, da concentração inicial de mercúrio e presença de interferentes. A capacidade máxima de adsorção de nanopartículas de δ-FeOOH, δ-FeOOH oco e Cis-δ-FeOOH pelo mercúrio foi de 34,72, 89,1 e 217,13 mg g-1, respectivamente, em pH 7, aplicando a isoterma de Langmuir. Devido ao grande desempenho dos adsorventes na remoção de mercúrio, foram criados filtros dos nanomateriais. Os filtros foram altamente eficientes para tratar a água contaminada com mercúrio de amostras do rio Doce, reduzindo a concentração abaixo dos limites permitidos. As análises físico-químicas das amostras do rio Doce verificaram que o parâmetro turbidez estava bem acima do máximo permitido pela resolução do CONAMA 357/2005 indicando grande presença de material sólido suspenso que reduz a transparência e a qualidade da água. Além disso, os metais que se encontraram em maior concentração e acima dos limites estabelecidos pelo CONAMA foram: Ferro, Alumínio, Manganês e Mercúrio. Entretanto, as concentrações desses metais foram reduzidas quando as amostras do rio Doce foram filtradas usando nanopartículas de δ-FeOOH. Para os ensaios toxicológicos usando o bioindicador Allium cepa não houve diferenças significativas das análises citotóxicas e mutagênicas entre a água bruta e água tratada. No entanto, para a amostra tratada foram observadas diminuição do índice mitótico e aumento da frequência de micronúcleos em função possivelmente da presença de nanopartículas δ-FeOOH, sendo então necessário futuras pesquisas na área nanotoxicologia e nanogenotoxicologia.
Células solares a combustível para produção de H2O2 e geração de eletricidade
(UFVJM, 2021) Andrade, Tatiana Santos; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Oliveira, Henrique dos Santos; Santos, Andreia Teixeira Oliveira; Coelho, Jakelyne Viana; Rodrigues, Jairo Lisboa
O desenvolvimento de células solares a combustível (PFCs) a partir de materiais acessíveis e que funcionem sem aplicação de potencial externo são de vasto interesse para diversificação da matriz energética com fontes de energia renovável. Além disso, esses dispositivos possibilitam o aproveitamento de diferentes tipos de águas residuárias promovendo dupla vantagem ambiental. À vista disso, nesse trabalho configurou-se dois tipos de PFCs que funcionassem sem aplicação de potencial empregando luz solar e a partir de óxidos metálicos de baixo custo, TiO2 ou BiVO4. A primeira PFC visou aproveitamento de compostos orgânicos ou inorgânicos para produção de H2O2: um importante produto químico que também pode ser aplicado como combustível. A segunda PFC objetivou a geração de eletricidade a partir do H2O2 como combustível. Os dois dispositivos aqui desenvolvidos apresentaram resultados de alta performance que conferem relevante progresso no desenvolvimento de células solares a combustível. A PFC para produção de H2O2 alcançou eficiência faradaica de 100% quando empregado eletrólito de NaHCO3 e fotoeletrodo de TiO2-CdS ou TiO2-CdSe. Essa eficiência é reportada pela primeira vez em fotocélula a combustível para produção de H2O2 utilizando TiO2. Já a PFC com oxidação de H2O2 empregou fotoeletrodos em configuração tandem com fotoeletrodos de W-BiVO4-V2O5 e Cu2O-CuO. Além de promover avanço pertinente em PFCs utilizando 2 absorvedores, a melhor fotocélula apresentou densidade de potência de 0.85 mW cm-2. Esse resultado é pelo menos 6 vezes mais alto que outros estudos reportados, e representa a maior potência alcançada para fotocélulas a combustível de H2O2. Além disso, também se avaliou o efeito de diferentes eletrólitos em relação ao desempenho e estabilidade da PFC, obtendo uma corrente estável de 3.4 mA cm-2.
Desenvolvimento de dispositivos fotoeletroquímicos à base de BiVO4/Bi4V2O11 para conversão de energia solar em energia elétrica ou energia química a partir de resíduos líquidos industriais
(UFVJM, 2017) Santos, Wayler Silva dos; Pereira, Márcio César; Fabris, José Domingos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Monteiro, Douglas Santos; Coelho, Jakelyne Viana; Silva, Adilson Cândido da; Baêta, Bruno Eduardo Lôbo
A conversão da energia da radiação solar em H2(g), combustível verde, usando-se células fotoeletroquímicas (PEC) é uma estratégia atraente para armazenar energia e minimizar o uso extensivo de combustíveis fósseis. Neste trabalho, foram fabricados fotoeletrodos por deposição spray pyrolysis de um compósito de BiVO4/Bi4V2O11 puro ou dopado com W, depositado diretamente sobre um substrato condutor FTO (sigla para fluorine-doped tin oxide) ou sobre uma camada de SnO2 previamente depositada sobre o substrato FTO. Inicialmente, os materiais foram testados na clivagem molecular da água. Verificou–se a formação de uma camada de inversão de buracos induzida pela perovskita ferroelétrica Bi4V2O11 na interface com BiVO4 de tipo–n criando uma junção p–n virtual. A fotovoltagem de saída elevada da junção, em relação a uma heterojunção p–n convencional, que pode ser ainda aumentada alterando-se a polarização e dopando-se o material ferroelétrico com tungstênio, acarreta diminuição da recombinação dos pares elétron–buracos fotogerados na superfície e aumenta a fotocorrente em até 180%. O comportamento de semicondutores de tipo–p e n quando iluminados sugere o uso potencial da heterojunção como fotoanodo e fotocatodo em uma célula PEC (ou photoelectrochemical cell) com dois fotoeletrodos. Este conceito foi comprovado pela conexão do fotoanodo BiVO4/Bi4V2O11 dopado com 1% em massa de tungstênio com o fotocatodo BiVO4/Bi4V2O11 não dopado. O sistema formado pelo acoplamento fotoanodo-fotocatodo produziu uma fotovoltagem de 1,54 V, e 0,36% de eficiência STH (solar-to-hydrogen efficiency). Um fotoeletrodo BiVO4/Bi4V2O11 dopado com 2% em massa de W foi otimizado. Evidenciou-se a formação da camada de inversão de buracos na interface semicondutora no filme mais denso. Este último foi testado em diferentes soluções, obtendo-se elevadas densidades de corrente em NaAc 0,5 mol L-1, à medida que se adicionou glicerina e vinhaça. Obteve–se a menor resistência na transferência de cargas na interface eletrodo/eletrólito 1,16 kΩ sob iluminação, utilizando a solução NaAc 0,5 mol L-1 contendo 20 %v/v de vinhaça. Nessas condições, a eficiência da conversão de energia foi aumentada em aproximadamente 100%, e dependendo do potencial aplicado a eficiência aumentou cerca de 30% em solução contendo 10 %v/v de glicerina, com relação à solução NaAc 0,5 mol L-1 pura, demonstrando que glicerina e vinhaça atuam como agentes de sacrifício eficazes no sequestro de buracos eletrônicos, para evitar a recombinação dos pares de elétron–buraco, no processo de foto–oxidação acionado por buracos.
Desenvolvimento de fotoanodos à base de W-BiVO4/ W-BiVO4: V2O5 para geração de energia elétrica em um dispositivo de dois compartimentos
(UFVJM, 2020) Sena, Izabela Campos; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Coelho, Jakelyne Viana; Oliveira, Henrique dos Santos
A energia solar é um recurso natural e inesgotável, e oferece hoje uma resposta a busca por fontes de energia que forneçam um impacto mínimo ao meio ambiente. A busca por dispositivos que convertam a energia solar em outras formas de energia que possam ser utilizadas leva a estudos relacionados às células fotoeletroquímicas. Neste trabalho objetivou-se a produção de diferentes fotoanodos: W-BiVO4, em diferentes proporções estequiométricas (1:1; 1,5:1; 2:1; 3:1) de síntese entre o Bismuto e o Vanádio; a heterojunção desses materiais e o V2O5; essas heterojunções com uma camadas extra de W-BiVO4 acima do filme. Todos os filmes foram depositados utilizando o método drop casting. Além disso, avaliou-se a sua eficiência frente a uma configuração de célula fotoeletroquímica completa de dois compartimentos em soluções de Na2SO4/Na2SO3 0,5 M e FeSO4/ Fe(NO3)3·9H2O 0,1 M em meio ácido. As propriedades estruturais, morfológicas e ópticas dos fotoanodos foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS), espectroscopia UV-vis. e difratometria de raios X (DRX). O teste de DRX mostrou que para todas as amostras de W-BiVO4 a fase formada foi a monoclínica, como era esperado. A análise pela espectroscopia UV-vis confirmou que o band gap dos materiais estavam de acordo com a literatura. O UV-vis exibiu dados que comprovam que os materiais absorvem luz no espectro do visível, sendo a amostra W-BiVO4:V2O5 (D) a que apresenta a maior banda de absorção, na faixa de 550 nm. Para avaliar o desempenho fotoeletroquímico foram realizados testes de voltametria linear, cronoamperometria, impedância potenciostatica e Mott- Schottky. Dos materiais sintetizados com diferentes proporções de Bi o que melhor apresentou resultados foi o W-BiVO4 (D), proporção estequiométrica de 3:1 entre bismuto e vanádio, com uma densidade de 1,31 mA/cm2. Os resultados mostram que a heterojunção entre os materiais tem o efeito desejado, melhorando aspectos como a separação e o transporte das cargas e evitando a recombinação dos pares fotogerados, a amostra W-BiVO4:V2O5 (D) teve uma densidade de corrente de 4,63 mA/cm2. Com a camada extra a densidade de corrente teve um aumento de 52,7% chegando a valores de densidade de corrente de curto circuito de 8,79 mA/cm2 e uma fotovoltagem de circuito aberto de 0,86 V.Sabendo disso, a heterojunção proposta apresenta-se como material com grande potencial para aplicação em células fotoeletroquímicas.
Desenvolvimento de fotoanodos à base de W-BiVO4/V2O5 para fotooxidação da água e produção de hidrogênio
(UFVJM, 2018) Oliveira, Andreia Teixeira de; Pereira, Márcio César; Oliveira, Luiz Carlos Alves de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Monteiro, Douglas Santos; Rodrigues, Jairo Lisboa; Lima, Diana Quintão; Pereira, Ana Rosa Passos
A grande dependência mundial de combustíveis fósseis traz consigo sérios problemas ambientais, sendo necessário o desenvolvimento de novas tecnologias a partir de fontes de energia limpa e renovável. Neste estudo, objetivou-se desenvolver um dispositivo fotoeletroquímico, baseado na heterojunção do Vanadato de Bismuto (BiVO4) dopado com Tungstênio (W) e Pentóxido de Vanádio (V2O5), para a clivagem da água em H2 e O2. Foram produzidos sete diferentes fotoanodos baseados em W-BiVO4 e V2O5. A fotoatividade desses fotoanodos foi investigada na reação de oxidação fotoeletroquímica da água sob irradiação de luz visível. As propriedades estruturais, morfológicas e ópticas dos fotoanodos foram avaliadas por Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia UV-vis. As imagens TEM e MEV mostraram que a estrutura de heterojunção foi sintetizada com sucesso, e os padrões DRX mostraram picos característicos indexados à forma monoclínica do W-BiVO4 e V2O5 ortorrômbico. Os espectros UV-vis mostraram que os filmes absorvem luz na região do visível com bandgap na ordem de 2,3 e 2,5 eV para o V2O5 e W-BiVO4, respectivamente. O desempenho fotoeletroquímico foi realizado por voltametria cíclica, cronoamperometria, potenciometria e espectroscopia de impedância eletroquímica, mostrando resultados surpreendentes para as heterojunções formadas, respondendo efetivamente à excitação com luz, com excelentes densidades de fotocorrentes geradas, demonstrando que a heterojunção W-BiVO4/V2O5 desempenha um papel importante nos comportamentos cinéticos (incluindo separação, transporte e recombinação) de cargas fotogeradas. Diante disso, os semicondutores se apresentam como materiais com grande potencial para aplicação em fotoeletrocatálise.
Desenvolvimento de fotocatodos à base de óxidos mistos de Bi e Al, Zn ou Sr para produção de hidrogênio a partir da clivagem fotoeletroquímica da água
(UFVJM, 2020) Salomão, Pedro Emílio Amador; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Rodrigues, Jairo Lisboa; Nakagomi, Fábio; Filho, Francisco Moura; Siqueira, Guilherme Oliveira
A busca por fontes alternativas de energia, tem sido a força motriz de muitas linhas de pesquisas por todo o mundo. Nesta tese de doutorado é feito um estudo em cima de propriedades fotoeletroquímicas de materiais à base de bismuto, para obtenção de outros com potencial aplicação na produção de H2, que é tido como uma fonte de combustível renovável e limpo. Atualmente os materiais mais utilizados como fotocatodos na produção de H2 são em sua grande maioria constituídos por cobre (Cu), que apresentam pequena energia de bandgap (Valores entre 1,5 - 1,8 eV), banda de condução (BC) com potencial mais negativo que o potencial de redução de H+/ H2 (Valor próximo de -0,41eV), além de ser constituído de materiais de fácil obtenção. Porém ele é instável por sofrer fotocorrosão em solução aquosa, ocasionado pela redução de cobre, limitando sua atividade. Alternativo aos materiais a base de cobre, nessa tese é descrito a obtenção de três materiais à base de óxidos de bismuto, alumínio, zinco ou estrôncio. O material obtido Al2Bi24O35 / Al2Bi48O75 apresentou densidade de corrente de -5,09 mA.cm-2, eficiência de conversão dos fótons incidentes (IPCE) de 3,5% em 360nm e eficiência faradaica de 96% na produção de H2. O material SrBi4O7 apresentou uma densidade de corrente de - 1,92 mA.cm-2 , eficiência de conversão dos fótons incidentes (IPCE) de 4% em 500nm e eficiência faradaica de 91% para produção de H2. O ZnBi38O60 apresentou densidade de corrente de -1,3 mA.cm-2 eficiência de conversão do fóton incidente (IPCE) de 6,4% com pico máximo no comprimento de onda de 400nm e eficiência faradaica de 100% de conversão da corrente em H2. Todos os materiais obtidos nesta tese se mostraram uma alternativa de fotocatodos para substituir os materiais constituídos de Cobre.
Desenvolvimento de um dispositivo fotoeletroquímico a base de g-C3N4, Cu2O e CuO para clivagem da água em H2 e O2
(UFVJM, 2016) Almeida, Monique Rocha; Pereira, Márcio César; Coelho, Jakelyne Viana; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Coelho, Jakelyne Viana; Silva, Adilson Candido da; Monteiro, Douglas Santos
A conversão de energia solar em energia química usando células fotoeletroquímicas é uma estratégia interessante para armazenar energia. Células fotoeletroquímicas são dispositivos constituídos de fotoeletrodos semicondutores que absorvem luz com energia maior ou igual a energia de bandgap do semicondutor e geram cargas reativas (elétrons e buracos) na superfície dos fotoeletrodos capazes de promover a redução e oxidação da água em H2 e O2, respectivamente. Nesta dissertação, quatro fotoeletrodos de g-C3N4, g-C3N4/Cu1%, g- C3N4/Cu5% e Cu2O/CuO foram preparados com o objetivo de desenvolver uma célula fotoeletroquímica para clivagem da água em H2 e O2 de forma espontânea. As medidas de difratometria de raios X confirmaram a presença das fases g-C3N4 e Cu2O/CuO nos fotoeletrodos. As imagens de MEV mostraram que os materiais à base de g-C3N4 possuem morfologia do tipo esponja, enquanto a heterojunção Cu2O/CuO é formada por nanopartículas de forma indefinida. Medidas de reflectância difusa mostraram que o acoplamento do g-C3N4 e Cu2O/CuO resulta em uma melhora significativa na absorção óptica dos fotoeletrodos. Medidas de área específica indicaram que os nanomateriais à base de g-C3N4 tem alta área superficial (100 m2 g1), enquanto a área específica da heterojunção Cu2O/CuO foi de 17 m2 g1. Os resultados de redução à temperatura programada evidenciaram a formação das heterojunções. Os testes fotoeletroquímicos de produção de O2 a partir da água usando luz visível indicaram que em potenciais anódicos, apenas o fotoanodo de g-C3N4 foi estável apresentando uma densidade de fotocorrente de 16 A cm2 que corresponde a uma eficiência de conversão de luz de 0,014%. Em potenciais catódicos, a maior densidade de fotocorrente (60 A cm2) foi obtida para o fotoeletrodo Cu2O/CuO. A eficiência de conversão de luz do fotocatodo de Cu2O/CuO foi de 0,029%. Com base nos dados obtidos, uma célula fotoeletroquímica p-n foi construída usando a heterojunção Cu2O/CuO como fotocatodo e g- C3N4 como fotoanodo. Esta célula gerou uma densidade de fotocorrente in operando de 0,62 A cm2 e uma fotovoltagem de 0,62 V. A eficiência de conversão solar da fotocélula foi de 0,004% sob irradiação de luz visível. Apesar da baixa eficiência obtida, espera-se que esta dissertação possa servir de inspiração para o desenvolvimento de novos dispositivos fotoeletroquímicos para clivagem da água em H2 e O2, usando luz visível.
Fotoanodos heteroestruturados de BiVO4/V2O5 obtidos a partir da reação de estado sólido entre o Bi2O3 e V2O5 para uso em células fotoeletroquímicas de clivagem da água
(UFVJM, 2021) Santos Neto, Antero Ricardo; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Velásquez Piñas, Jean Agustin; Salomão, Pedro Emílio Amador
A geração de combustíveis por intermédio da luz solar tem sido um dos principais desafios da sociedade moderna. A quantidade média de energia solar que incide apenas na superfície dos desertos da Terra é de aproximadamente 7,7 mil TW, assim, trata-se de um recurso alta incidência, inesgotável e, por ser de origem natural, oferece impactos mínimos ao meio ambiente. A tecnologia que governa a conversão da energia solar é a fotovoltaica e, na atualidade, ganha destaque a utilização de dispositivos específicos, como as células fotoeletroquímicas ou PEC (Photoelectrochemical cell); sobretudo por questões econômicas, uma vez que seu funcionamento baseia na coleta de luz solar por intermédio de um semicondutor que será capaz de realizar a clivagem da água. Nesse sentido, o trabalho tem como objetivo a produção de fotoanodos eficientes à base de BiVO4 e V2O5 (tendo como precursores o Bi2O3 e V2O5) por meio da técnica drop coating, puros e heterojunções, para a reação de oxidação da água. As propriedades morfológicas foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS), espectroscopia Raman, difratometria de raios-X (DRX) e reflectância difusa (DRS) acoplado ao espectrofotômetro UV-vis. Já os desempenhos fotoeletroquímicos foram avaliados por meio das técnicas como: voltametria cíclica e linear, cronoamperometria, medidas de potencial de circuito aberto (OCP), impedância potenciostática e teste de estabilidade. Foi avaliado a produção de densidade de corrente em uma célula fotoeletroquímica de um compartimento em três eletrólitos distintos Na2SO4, NaHCO3 e Na2SO3, ambos a 1M. No escuro, o fotoanodo formado pela sobreposição da camada de V2O5 sobre a camada de Bi2O3 (1-Bi2O3/2-V2O5) produziu densidades de correntes de 0,74; 2,10 e 0,81 mA cm-2 em 1,23 V vs. RHE no sulfato, carbonato e sulfito, respectivamente. Sob iluminação, as densidades de correntes aumentam significativamente para 6,81; 19,00 e 21,42 mA cm-2 em 1,23 V vs. RHE. Dentre todos os materiais estudados, essa heterojunção (1-Bi2O3/2-V2O5) foi a que apresentou a maior atividade fotoeletroquímica, sobretudo pela formação do novo compósito, o BiVO4. Os padrões DRX e espectros Raman mostraram a formação das fases monoclínicas para o Bi2O3 e BiVO4 e ortorrômbica para o V2O5. Pelo refinamento de Rietveld obteve coeficiente de correlação igual a 1,83. As imagens MEV comprovadas pelo EDS mostraram que as heterojunções foram sintetizadas com sucesso e pela espectroscopia UV-vis. obteve-se band gap de 2,38 e 2,29 eV para o BiVO4 e V2O5, nesta ordem. O compósito BiVO4 obtido por heterojunção mostrou-se bastante fotoativo e apresentou máximo HC-STH % (half-cell solar-to-hydrogen conversion efficiency) de 0,89% a 0,37 V vs. RHE. O 1-Bi2O3/2-V2O5 apontou pelo teste de estabilidade em 7200s que a amostra se estabiliza com densidade de corrente de 2,0 e 21,4 mA cm-2 no sulfato e sulfito, nesta ordem. Os resultados mostraram que a heterojunção melhorou a separação e transporte de cargas, amenizando as recombinações dos pares elétrons/buracos fotogerados. Finalmente, este conceito simples de PEC é uma abordagem promissora e de baixo custo para promover a oxidação da água por meio da luz solar.
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.
Nanopartículas de dióxido de titânio: síntese hidrotermal via micro-ondas, caracterização e preparo de filmes ultrafinos de Langmuir- Blodgett
(UFVJM, 2020) Ferreira, Rafael Guerra; Monteiro, Douglas Santos; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Monteiro, Douglas Santos; Afonso, André Santiago; Coelho, Jakelyne Viana; Rodrigues, Jairo Lisboa
O presente trabalho tem como objeto sintetizar e caracterizar nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2), visando a preparação de filmes ultrafinos de Langmuir-Blodgett (LB) e a avaliação da fotodegradação heterogênea do corante orgânico Rodamina B. O dióxido de titânio foi sintetizado pelo método hidrotermal assistido por micro-ondas. As sínteses foram preparadas utilizando soluções com diferentes concentrações do precursor isopropóxido de titânio (TIP) e do catalisador hidróxido de tetrametilamônio (TMAH). Essas soluções foram trabalhadas em duas rotas sintéticas, na primeira rota utilizou uma temperatura de síntese de 90 °C por 144 min. A segunda rota consistiu na aplicação de duas temperaturas de síntese, iniciando com 90 °C por 144 min e finalizando com 160 °C por 120 min. Os materiais sintetizados em ambas as rotas, foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão (MET), difratometria de raios-x (DRX), espalhamento dinâmico de luz (DLS) e análise superficial de BET. A análise de MET apresentou amostras com diferentes tamanhos médios (6-96nm) e morfologias (nanocúbicas, retangulares, triangulares, bastonetes e esferas). Já os difratogramas de DRX comprovam o polimorfo anatase como fase predominante. O filme LB e as atividades superficiais das nanopartículas de TiO2 na interface líquido-ar foram avaliadas em experimentos de isoterma (pressão x área superficial) em uma cuba de Langmuir. As propriedades da monocamada formada foram avaliadas por meio de experimentos de potencial superficial e microscopia de ângulo de Brewster (BAM). Os Filmes ultrafinos do nanomaterial foram depositados sobre a superfície de um substrato condutor pela técnica de Langmuir-Blodgett (LB), apresentando uma boa taxa de transferência (TR) da monocamada para o substrato (FTO). Com a execução do presente projeto, pode-se obter fotoanodos ultrafinos e mais leves de nanopartículas de TiO2, que podem ser utilizados para a fabricação de vários dispositivos, como os fotovoltaicos.
Novo catalisador heterogêneo magnético SiO2/KI/γFe2O3 para reação de transesterificação em óleos vegetais para produção de biodiesel
(UFVJM, 2017) Macedo, Alice Lopes; Fabris, José Domingos; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Roa, Juan Pedro Bretas; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Pasa, Vânya Márcia Duarte; Verly, Rodrigo Moreira; Nelson, David Lee
A crescente demanda global por combustíveis líquidos para transporte, geração de eletricidade, atividade industrial e produção agropecuária tem imposto planejamento de ações direcionadas ao uso de fontes ambientalmente limpas de energia. Os derivados da biomassa são alternativas econômica e tecnicamente viáveis aos de origem fóssil, não renovável, ora dominantes na matriz energética global. O biodiesel, líquido formado por uma mistura de ésteres de ácidos graxos, é adequado à operação em motores de combustão interna de ciclo Diesel, em substituição ou em complemento ao petrodiesel, ou em outras máquinas térmicas. O propósito central do presente trabalho foi o desenvolvimento de um catalisador sólido economicamente viável, quimicamente eficiente e ambientalmente limpo para a produção de biodiesel via processos de transesterificação de triacilgliceróis dos óleos de macaúba ou de soja, com metanol. Foi preparado o catalisador heterogêneo baseado em iodeto de potássio impregnado em sílica amorfa (SiO2; derivada de areia da construção civil) e misturada a um componente magnético sintético (maghemita, γFe2O3). As estruturas química, cristalográfica e hiperfina essenciais e as propriedades magnéticas dos materiais precursores e do catalisador sólido foram investigadas. O teor de ésteres e a composição dos biodieseis produzidos foram determinados por cromatografia de fase gasosa acoplada a espectrômetro de massa. A composição química do catalisador, verificada por espectroscopias de energia dispersiva sob feixe de elétrons e por fluorescência de raios X (FRX), confirmou a ocorrência de Si, Fe, K, e I. As áreas específicas BET encontradas para os componentes individuais, SiO2, γFe2O3 e do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, foram 352, 102, e 19 m2 g-1, respectivamente. A significativa redução da área específica do catalisador aponta que os componentes foram efetivamente impregnados no suporte. A morfologia das partículas visualizadas por microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão revela a textura esponjosa do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, similarmente ao suporte de sílica; o óxido de ferro magnético aparece como material altamente organizado, cristalino, disperso no suporte. Os dados Mössbauer e da magnetometria do óxido de ferro magnético puro e no catalisador confirmam ser a maghemita, resultando em uma magnetização de saturação do catalisador de 4,6 emu g-1. O catalisador SiO2/KI/γFe2O3, usado na transesterificação de triacilgliceróis, na proporção em massa em relação ao óleo da amêndoa de macaúba de 4,5% e razão molar óleo:metanol de 1:35, levou à produção de 94,3 massa% de ésteres, após 8 h de reação. Foi experimentalmente observado que a maghemita tem comportamento químico-catalítico sinérgico com os demais componentes do catalisador. O SiO2/KI/γFe2O3 foi reutilizado em seis reações consecutivas com óleo de soja, na mesma proporção do catalisador e razão molar óleo:metanol de 1:35, com rendimentos de 94,5% e tempo reacional de 110 min, para o primeiro ciclo, e de 61,2% e 150 min, para o último ciclo. O catalisador, antes e após cada ciclo de reuso, e as alíquotas das reações foram analisados por FRX, que mostrou que não há perda significativa dos componentes do catalisador. Os resultados demonstram uma perspectiva tecnológica que permite redução substantiva do volume de efluentes poluentes e utilização de diferentes matérias-primas oleaginosas de alto potencial para a produção de biodiesel.
Processo catalítico de determinação da demanda química de oxigênio usando nanopartículas de óxidos de ferro magnéticas
(INPI, 2016-09-20) Rodrigues, Jairo Lisboa; Bomfeti, Cleide Aparecida; Souza Júnior, Elias Cristovam de; Esteves, Lorena Cristina Rodrigues; Oliveira, Thaís Rocha de; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)
Um novo método de determinação da demanda química de oxigênio foi desenvolvido. O método baseia-se no uso de nanopartículas magnéticas do tipo "core-shell" de óxidos e/ou oxidróxidos de ferro como catalisadores que são capazes de ativar a molécula de H202 para produzir radicais hidroxila que são espécies altamente reativas e não seletivas capazes de oxidar completamente compostos orgânicos em meio aquoso. O método apresenta várias vantagens em relação aos existentes, uma vez que não utiliza reagentes tóxicos, a reação de oxidação da matéria orgânica pode ser realizada a temperatura ambiente e pressão atmosférica, não utiliza radiação UV e não necessita de potencial externo para que a reação ocorra. Trata-se, pois, de um método simples, barato, ambientalmente e energeticamente favorável. O limite de detecção do método foi de 2,00 mg L- 1 de DQO, no entanto foi observado sinal analítico para 0,5 mg L- 1 de DQO. O método desenvolvido é r(...)
Processo para obtenção e estabilização de nanopartículas de Magnetita, produtos e uso
(INPI, 2017-10-31) Fabris, José Domingos; Andrade, Ângela Leão; Pereira, Márcio César; Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG); Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP); Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)
"A presente invenção descreve o processo de obtenção e estabilização de nanoparticulas de magnetita (Fe304), com tamanho e formato controlados, através do aquecimento de amostras sintéticas ou naturais, de óxidos ou oxidróxidos de ferro (III), como hematita (a-Fe203), maghemita (y-Fe203 ), lepidocrocita (y-FeOOH), goethita (a-FeOOH), akaganeita (13-FeOOH), feroxita (S-FeOOH), com sacarose ou outros hidratos de carbono com fórmula C,,(H2O)n , como glicose, frutose, lactose, maltose, celobiose, amido, glicogênio, celulose, todos os componentes no estado sólido. O carvão produzido pela queima do hidrato de carbono forma uma película na superfície da magnetita, consequentemente prevenindo sua oxidação a hematita. Essa camada de carbono pode ser removida posteriormente de forma simples para uso em processos que exijam a superfície exposta da magnetita. As nanoparticulas de magnetita obtidas podem ser utilizadas em processos catalíticos que exijam pequenos tamanhos de partículas ou em processos de hipertermia magnética, como carreadores de fármacos em sistemas de liberação controlada e como agentes de contraste em imagens de ressonância magnética."
Processo para remoção de As(V) de águas contaminadas e sua utilização como precursor na fabricação de materiais fotocalíticos ativos
(INPI, 2017-12-19) Rodrigues, Jairo Lisboa; Lima, Anne Caroline Fonseca; Bomfeti, Cleide Aparecida; Faria, Márcia Cristina da Silva; Pereira, Márcio César; Hott, Rodrigo de Carvalho; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
A tecnologia consiste no processo para purificação de águas contaminadas com As(V) e no reaproveitamento do As(V) como um precursor para a fabricação de materiais fotocatalíticos que podem ser aplicados em processos de remediação ambiental de sistemas aquosos contaminados com poluentes orgânicos ou inorgânicos. O processo pode ser entendido em 3 etapas: (i) o As(V) presente em sistemas aquosos contaminados é adsorvido na superfície de óxidos ou oxidróxidos de ferro. Posteriormente, o adsorvente contendo As(V) é separado da solução aquosa, por atração magnética, centrifugação ou filtração, produzindo água sem As(V); (ii) o adsorvente contendo As(V) é submetido a tratamento com solução extratora "A" a fim de remover o As(V) do adsorvente para a solução. O adsorvente pode ser recuperado e estocado para posterior uso em novos ciclos de adsorção. (iii) A solução resultante contendo o As(V) dessorvido é submetida a tratamento com uma solução coletora "B". Após o tratamento, um composto sólido de cor castanho-avermelhado é formado. A suspensão é centrifugada e o sólido resultante à base de As(V) é lavado várias vezes com água destilada e seco a temperatura ambiente. O Material formado apresenta alta atividade fotocatalítica sendo aplicável na descontaminação ambiental de sistemas aquosos.
Processo químico de oxidação do grafite para obtenção de óxido de grafite, óxido de grafeno e grafeno: uso do sistema Fenton como oxidante
(INPI, 2016-07-05) Pereira, Márcio César; Pifano, Augusto Rocha; Aguilar, Matheus Lisboa; Oliveira, Luiz Carlos Alves de; Silva, Adilson Candido da; Oliveira, Henrique dos Santos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
Grafite foi oxidado pelo sistema Fenton (uma mistura de Fe2 eH202) para produzir óxido de grafite. Este sistema é ambientalmente mais favorável que os sistemas convencionais existentes, devido a reação de Fenton ocorrer à temperatura ambiente e pressão atmosférica, como também por não haver liberação de gases durante o processo de oxidação do grafite. Uma vez formado o óxido de grafite por este método verde, a esfoliação do mesmo em ultrassom de banho leva á formação de óxido de grafeno que pode posteriormente ser reduzido através de um agente redutor, para então formar o grafeno, um material que tem ampla aplicação em nanoeletrônica, sensores,supercapacitores e catálise. O método de oxidação de grafite descrito aqui pode ser aplicado em qualquer processo químico de produção de óxido de grafite, óxido de grafeno ou grafeno.
Remoção de bisfenol-A por silicatos modificados com cobalto
(UFVJM, 2016) Cruz, Alenice Ferreira; Coelho, Jakelyne Viana; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Coelho, Jakelyne Viana; Pereira, Márcio César; Faria, Márcia Cristina da Silva; Rodrigues, Jairo Lisboa
O bisfenol-A é um importante produto químico, amplamente utilizado em indústrias para a produção de policarbonatos, resinas epoxi e outros plásticos. Existe uma carência em desenvolver métodos eficazes para removê-lo de efluentes. Uma vez que, o mesmo faz parte dos chamados poluentes emergentes, pois é um contaminante prejudicial para os organismos, mesmo em baixas concentrações, devido ao seu efeito nocivo sobre saúde. Neste trabalho, buscou-se avaliar o desempenho de dois silicatos mesoporosos (MCM-41 e Co-silicato) frente à adsorção do bisfenol-A. Os perfis de difração de raio-X dos materiais confirmaram a formação da MCM-41 e o material modificado (Co-silicato) demonstrou alterar ao único elemento de ordem estrutural, que é a disposição dos canais paralelos (2θ=2). As imagens de MEV mostraram que os materiais não apresentaram morfologia definida. Dados indicaram que ambos os materiais apresentam elevada área específica, sendo 988 m2g-1 para MCM-41 e 729 m2g-1 para Co-silicato. O material Co-silicato mostrou elevado potencial como adsorvente, frente à MCM-41. A elevada área superficial, aliada ao tamanho dos poros, juntamente com a presença de íons metálicos (cobalto) favoreceram o processo de adsorção. A formação de sítios ativos no silicato, após a inserção de cobalto, favoreceu a adsorção do contaminante. A partir dos testes de adsorção realizados em pH 3, 6 e 9 foi possível notar que o material que teve uma melhor capacidade de adsorção foi o material Co-silicato. Diante dos testes de cinética, o material Co-silicato nas faixas de pH analisadas demonstrou maior potencial de adsorção do bisfenol-A, em relação ao resultados de remoção obtidos com o material MCM-41. Os modelos utilizados para os ajustes matemáticos da adsorção foram as isotermas de Langmuir, Freundlich, e Redlich-Peterson. O valor do coeficiente de correlação (R2) 0,9641 pH 3; (R2) 0,9834 pH 6 e (R2) 0,9959 pH 9 dos parâmetros de Redlich-Peterson sugeriram que o modelo de Redlich-Peterson descreve melhor o comportamento de adsorção de bisfenol-A no material Co-silicato, já que apresenta maior valor do coeficiente de correlação em pH testados, comparando com os valores de correlação (R2) de Langmuir e Freundlich. Os dados revelaram que a modificação da MCM-41 com átomos de cobalto alteraram as propriedades físico-química do material, e potencializou o adsorvente para adsorção da molécula de bisfenol-A.
Semicondutores heteroestruturados de BiVO4/V2O5 como fotoanodo para baterias aquosas de zinco-iodo
(UFVJM, 2023) Souza, Rafael Rodrigues de; Pereira, Márcio César; Fabris, José Domingos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Fabris, José Domingos; Lavall, Rodrigo Lassarote; Santos, Wayler Silva dos
O desenvolvimento de dispositivos capazes de armazenar energia vem, gradualmente, se tornando tema de relevância notável para a sociedade atual. As baterias redox são alternativas interessantes, sobretudo na construção de sistemas químicos potenciais para a conversão em eletricidade. Mais especificamente, as baterias aquosas redox de zinco-iodo (ZIRB) têm relativamente baixo custo, alta estabilidade química, segurança ao manuseio e pode ser concebível em projeto tecnológico ambientalmente amigável. O sistema das ZIRBs funciona através dos processos reversíveis de oxidação e redução das espécies Znº /Zn(OH)²-4 e I-/I-3. Durante a carga, o ânion I- é oxidado e promove a redução do Zn(OH)²-4; o processo reverso ocorre durante a descarga elétrica. Neste trabalho, a heterojunção BiVO4/V2O5 foi empregada como fotoanodo, para governar o processo de carga fotoassistida da bateria. Sob iluminação, as cargas fotogeradas induzem a oxidação do I- na interface eletrodo/eletrólito, proporcionando a queda de potencial da carga. As estruturas e as morfologias dos materiais sintetizados foram determinadas por difratometria de raios X, reflectância difusa UV-Vis, microscopia eletrônica de transmissão e microscopia eletrônica de varredura. O desempenho da carga do sistema foi monitorado por voltametria, cronopotenciometria e impedância potenciostática. A fim de simular a excitação energética do espectro pela luz solar, a iluminação da fotobateria foi irradiada com luz de Xe. O carregamento da bateria com a densidade de corrente de 0,34 mA cm-², realizado no escuro, demandou um potencial de 2,43 V, ao passo que ocorreu redução de ~11,9% do potencial para a mesma carga sob luz, alcançando uma capacidade especifica de carga de 500 mA h g-¹. Os presentes resultados da fotoeletroquímica contribuem substantivamente ao desenvolvimento tecnológico e a novos estudos fundamentais sobre sistemas baseados na estocagem química de eletricidade, destinados a sistemas geradores renováveis de energia.