Pós Graduação em Química

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PPGQ - Programa de Pós Graduação em Química

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    Semicondutores de Nb2O5 e BiVO4 aplicados na fotodegradação de moléculas orgânicas e na redução da acidez do óleo residual de fritura
    (UFVJM, 2023) Damaceno, Fernanda Barbosa; Mourão, Henrique Aparecido de Jesus Loures; Ribeiro, Roberto Ananias; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)
    A fotocatálise heterogênea com semicondutores tem sido cada vez mais explorada para aplicações na área de energia renovável e descontaminação ambiental, devido a possibilidade de reutilização dos semicondutores, utilização de materiais de baixo custo, uso da radiação solar, entre outros. Embora existam vários estudos sobre processos de descontaminação de águas utilizando-se semicondutores, poucos trabalhos são encontrados com o uso destes materiais na produção de biodiesel, especificamente relacionados à redução de ácidos graxos livres de óleos residuais antes do processo de transesterificação. Neste sentido, o presente estudo teve como objetivo sintetizar fotocatalisadores (Nb2O5 e BiVO4), com o intuito de avaliar o potencial fotocatalítico destes materiais nas reações de fotodegradação dos corantes azul de metileno e índigo de carmim e na esterificação de ácidos graxos livres (AGL). Ambos os materiais foram sintetizados pelo método hidrotérmico, nas temperaturas de 120°C e 150°C, por 5h e caracterizados pelas técnicas de difração de raios-X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de reflectância difusa (DRS), microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foi obtido uma mistura de fases (Scheelite tetragonal e monoclínica) para o BiVO4 e uma estrutura de baixa cristalinidade para o Nb2O5. Os catalisadores BiVO4 não apresentaram fotoatividade significativa para decomposição dos poluentes modelos, os corantes, azul de metileno (MB) e índigo de carmim (IC) nas duas radiações (~10 a 20%), ultravioleta C (UVC) e visível. Já o Nb 2O5 demonstrou uma alta atividade fotocatalítica para estes poluentes principalmente na radiação ultravioleta C (UVC) (~35 a 100%). Foi realizada também a análise estatística ANOVA para verificar se as proximidades entre os valores da diminuição das concentrações dos corantes eram semelhantes ou diferentes. Com a finalidade de investigar melhor o processo de fotodegradação foi feito um estudo com o modelo cinético utilizando-se leis de velocidades integradas e tratamento estatístico chi-square. Com relação aos testes de redução de acidez de óleos residuais, na reação de esterificação não catalítica foi observado que o excesso de álcool utilizado (A/O = 20:1) fez com que a reação ocorresse, deslocando o equilíbrio da reação no sentido de formação dos produtos. Ao reduzir a quantidade de álcool (A/O = 5:1), a conversão de AGL foi diminuída. Na reação com o Nb2O5 a 120 e a 150°C, foi observado um aumento na redução de ácidos graxos livres, em relação à reação não catalítica, principalmente sob irradiação. Aumentos maiores foram observados com o uso do BiVO4 a 120 e a 150°C na radiação visível, cerca de 8,9 vezes, em comparação à reação não catalítica (sem radiação). Contudo, neste trabalho foi possível realizar a síntese e caracterização dos materiais semicondutores Nb2O5 e BiVO4 e aplicá-los na fotodegradação de moléculas orgânicas e na reação de esterificação para diminuir a acidez do óleo residual de fritura.
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    Síntese hidrotérmica alcalina de materiais de Ti aplicados na remoção de poluentes orgânicos
    (UFVJM, 2022) Barbosa, Luele Ribeiro de Sousa; Mourão, Henrique Aparecido de Jesus Loures; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mourão, Henrique Aparecido de Jesus Loures; Borsagli, Fernanda Guerra Lima Medeiros; Silva, Gelson Tiago dos Santos Tavares da
    O lançamento de poluentes orgânicos tóxicos nos efluentes, como alguns corantes têxteis e fármacos, é um dos problemas ambientais da atualidade que pode ser amenizado com a fotocatálise heterogênea com semicondutores. Estudos na área de química de materiais buscam entender melhor a relação entre método de síntese, estrutura, superfície dos materiais e propriedades fotocatalíticas. Nessa área, as diferentes fases de óxidos titânio (Ti) já foram bastante estudadas, no entanto, os titanatos de potássio lamelares obtidos por síntese hidrotérmica alcalina ainda merecem investigação tendo em vista principalmente a sua elevada área superficial que implica em uma maior probabilidade de sítios ativos por m2. Nesse sentido, este trabalho apresenta a síntese de materiais de Ti pelo método hidrotérmico sob diferentes concentrações de KOH (10-5, 10-2, 1 e 5 mol/L). Foram testadas estas concentrações visando a obtenção de materiais com diferentes características estruturais e superficiais. As amostras receberam o nome levando-se em consideração as concentrações de KOH, sendo elas: Ti1 (obtida com o precursor de Ti em KOH 10-5 mol/L), Ti2 (10-2 mol/L), Ti3 (1 mol/L), Ti4 (5 mol/L). Com a finalidade de investigar as propriedades estruturais, morfológicas e eletrônicas dos materiais sintetizados, foram empregadas diferentes técnicas de caracterização, incluindo difração de raios X (DRX), área superficial específica (BET), Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), potencial Zeta, entre outras. De acordo com as análises de difração de raios X (DRX), as amostras sintetizadas nas concentrações 10-5 e 10-2 mol/L de KOH resultaram na formação da fase cristalina TiO2 anatase e nas concentrações 1 e 5 mol/L, titanatos de potássio (K2Ti8O17 e K3Ti8O17), provavelmente de estrutura lamelar. A análise superficial indicou a formação de materiais mesoporosos e de titanatos de elevadas áreas superficiais, em destaque a amostra Ti4 (2796 m2g-1). A atividade fotocatalítica desses materiais foi avaliada pela fotodegradação dos corantes azul de metileno (MB) e índigo de carmim (IC), assim como do fármaco amilorida (AML). Os melhores desempenhos fotocatalíticos foram observados para os titanatos de potássio (Ti3 e Ti4) removendo aproximadamente 100% de absorbância de todas as moléculas testadas (MB, IC, AML). As diferentes afinidades relacionadas a carga e característica da molécula alvo proporcionaram aos fotocatalisadores melhor relação sinérgica entre o efeito da adsorção e da fotogeração de cargas sob irradiação UV. Em geral, o aumento da concentração de KOH na síntese hidrotérmica alcalina promoveu mudanças estruturais, morfológicas e texturais conferindo propriedades melhoradas em relação aos materiais obtidos nas concentrações menores (Ti1 e Ti2).
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    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.