Síntese e caracterização de TiO2 com modificações superficiais para aplicação em fotocatálise heterogênea

This study involved the synthesis of photocatalysts by a modified sol-gel method employing different glycols, which are heat-treated in oven muffle type or by a hydrothermal condition. In a second stage of this study it was analyzed the influence of the time of hydrothermal treatment on the structural and optical properties of the photocatalysts synthesized using ethylene glycol. The photocatalytic activity of these oxides was evaluated by degradation of the Ponceau 4R dye (P4R), showing that the oxide synthesized in the presence of ethylene glycol, with hydrothermal thermal treatment for 8h (TiÜ2G1HT8) presented the best performance. This oxide had its surface modified by the incorporation of copper in the form of copper nitrate, followed by photoreduction, resulting in materials with three different nominal concentrations of metallic copper: 0.5, 2.0 and 5.0%. For the purpose of investigating the structural, morphological and electronic changes in the synthesized compounds, different techniques of characterization were employed, including transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), specific surface area (BET), absorption spectroscopy in the ultraviolet and visible, and Raman spectroscopy. The MET analyses showed that oxides submitted to hydrothermal treatment feature spherical morphology, being formed by partially aggregated particles with sizes varying between 2 and 5 nm. According to the analysis by X-rays diffraction, anatase crystalline phase was prevalent in all the synthesized compounds, with presence of brookite phase for samples that received hydrothermal treatment, or were synthesized under the presence of polyethylene glycol, with heat treatment in muffle oven. The amount of brookite as well as the cell volume, deformation, network parameters and crystallinity, was estimated by Rietveld refinement. The surface area and porosity of the material were higher when the synthesis involved the use of hydrothermal treatment, despite the surface modifications, the mesoporosity was maintained, with mean pore diameter between 47 - 56 Â. Raman spectroscopy data of some samples, mainly the synthesized under hydrothermal treatment, suggest the existence of anatase and active modes of broquita in the structure, confirming the results of XRD. The best photocatalytic performance in laboratory scale (90% of mineralization of P4R dye) was achieved with the use of TiÜ2G1HT8 oxide impregnated with 5.0% copper (Cu5.0%/TiÜ2). In solar photocatalysis, the catalyst TiÜ2G1HT8 reached 100% and 66% of discoloration and mineralization of the P4R dye, with the application in all cases of a cumulative dose of UVA equal to 600 kJ m-2, equivalent to 6 hours of exposure in Uberlândia, MG, in the autumn.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTese (Doutorado)O presente estudo envolveu a síntese de fotocatalisadores pelo método sol-gel modificado, empregando diferentes glicóis, os quais foram tratados termicamente em forno tipo mufla ou por via hidrotermal. Em uma segunda etapa do trabalho verificou-se a influência do tempo de tratamento hidrotérmico sobre as propriedades estruturais e ópticas dos fotocatalisadores empregando etilenoglicol. A atividade fotocatalítica destes óxidos foi avaliada pela degradação do corante Ponceau 4R (P4R), constatando-se que o óxido sintetizado na presença de etilenoglicol, com tratamento térmico hidrotermal por 8h (TiO2 G1HT8) apresentou o melhor desempenho. Este óxido teve sua superfície modificada pela incorporação de cobre, sob a forma de nitrato de cobre, seguido de fotoredução, resultando em materiais com três concentrações nominais de cobre metálico: 0,5, 2,0 e 5,0%. Com a finalidade de investigar as mudanças estruturais, morfológicas e eletrônicas nos compostos sintetizados e modificados com cobre, foram empregadas diferentes técnicas de caracterização, incluindo microscopia eletrônica de transmissão (MET), difração de raios X (DRX), área superficial específica (BET), espectroscopia de absorção no ultravioleta/visível e espectroscopia Raman. As análises de MET evidenciaram que as amostras submetidas a tratamento hidrotermal apresentam morfologia formadas por partículas parcialmente agregadas, com tamanhos na faixa de 2 a 5 nm. De acordo com as análises por difração de raios X, a fase cristalina anatase foi predominante em todos os compostos sintetizados, com presença da fase broquita nas amostras que receberam tratamento térmico hidrotermal, ou na presença de polietielenoglicol, com tratamento térmico em forno mufla. A quantidade de broquita, bem como o volume de célula, deformação, parâmetros de rede e cristalinidade, foram estimadas por refinamento Rietveld. A área superficial e a porosidade dos materiais foram maiores quando o tratamento térmico ocorreu por via hidrotermal, apesar das modificações superficiais, a mesoporosidade foi mantida, com diâmetro médio de poros entre 47 - 56 Â. Dados de espectroscopia Raman de algumas amostras, principalmente as sintetizadas sob tratamento hidrotérmico, sugerem a existência de anatase e modos ativos de broquita na estrutura. O melhor desempenho fotocatalítico em escala de laboratório (90% de mineralização do corante P4R) foi alcançado com o uso do óxido TiO2G1HT8 impregnado com 5,0% de cobre (Cu 5,0%/TiO2). Em fotocatálise solar, o catalisador TiO2G1HT8 alcançou respectivamente 100% e 66% de descoloração e mineralização do corante Ponceau 4R, com a aplicação de uma dose acumulada de UVA igual a 600 kJ m-2, equivalente a 6 horas de exposição em Uberlândia, MG, no outono

Determination of the Critical Micelle Concentration of Triton X-100 Using the Compound 3-(benzoxazol-2-yl)-7-(N,N-diethylamino)chromen-2-one as Fluorescent Probe

In the present study we estimated the Critical Micelle Concentration (CMC) of Triton X-100 in an aqueous buffered medium (PBS buffer, pH 7.4), using 3-(benzoxazol-2-yl)-7-(N,N-diethylamino)chromen-2-one (BDC), a push-pull compound, as extrinsic fluorescence probe. The CMC value found, 0.33 mmol L-1, shows good agreement with data from literature obtained using the fluorescence probe technique. Additionally, the polarity, in terms of the ET(30) scale, and the viscosity of the micelle microenvironment in which the probe is preferentially allocated, was estimated as being 46.9 kcal mol-1 and 70.3 cP, respectively, confirming that this microdomain is polar and highly viscous, with characteristics of polyethylene glycol groups consisting in the palisade layer at the micelle-water interface. DOI: http://dx.doi.org/10.17807/orbital.v0i0.92

Determination of the Critical Micelle Concentration of Triton X-100 Using the Compound 3-(benzoxazol-2-yl)-7-(N,N-diethylamino)chromen-2-one as Fluorescent Probe

In the present study we estimated the Critical Micelle Concentration (CMC) of Triton X-100 in an aqueous buffered medium (PBS buffer, pH 7.4), using 3-(benzoxazol-2-yl)-7-(N,N-diethylamino)chromen-2-one (BDC), a push-pull compound, as extrinsic fluorescence probe. The CMC value found, 0.33 mmol L-1, shows good agreement with data from literature obtained using the fluorescence probe technique. Additionally, the polarity, in terms of the ET(30) scale, and the viscosity of the micelle microenvironment in which the probe is preferentially allocated, was estimated as being 46.9 kcal mol-1 and 70.3 cP, respectively, confirming that this microdomain is polar and highly viscous, with characteristics of polyethylene glycol groups consisting in the palisade layer at the micelle-water interface. DOI: http://dx.doi.org/10.17807/orbital.v0i0.92

Preparo e caracterização de catalisadores baseados em óxido de titânio dopado com íons prata, para emprego em fotocatálise

The effect of the insertion of silver ions on the photocatalytic activity of TiO2 was studied in this work, considering the degradation of tartrazine, a food coloring in the class of azo-compounds, with sulfonic groups in its structure, being highly soluble in water. Characterization techniques such as differential thermal analysis, x-ray diffraction, Raman Spectroscopy, difuse reflectance UV-Vis spectroscopy, surface area analysis, and scanning electron microscopy were used to understand the relationship between structure and photocatalytic activity for the oxides synthesized by homogeneous precipitation method in ultrasound, with different nominal concentrations of silver ions (0.0, 0.5, 2.0, and 5.0% m/m). According to the analysis by X-ray diffraction, anatase crystalline phase is predominant in all compounds synthesized. The band gap of the oxides synthesized showed displacement to smaller energies as increased percentage of doping ions. Raman Spectroscopy data suggest the existence of active modes of anatase and smaller particle size, when compared to TiO2 P25. The surface area was increased by the addition of silver ions and also by the method of synthesis used. The oxides synthesized presented porous and partially aggregated structure, which contributes to its application in heterogeneous photocatalysis, due to the availability of active sites. Photocatalytic degradation of the dye tartrazine, catalyzed by oxides synthesized, was evaluated under three different conditions of pH: 3.00, 6.90 (solution without pH correction), and 8.00. The best photocatalytic performance was observed when using TiO2 doped with 5% m/m of silver ions under pH without correction (~6.90).Mestre em QuímicaOs efeitos da inserção de íons prata sobre a atividade fotocatalítica do TiO2 foram estudados neste trabalho, considerando a degradação da tartrazina, um corante alimentício pertencente à classe dos azo-compostos, que apresenta em sua estrutura grupos sulfônico, sendo altamente solúvel em água. Técnicas de caracterização, como análise térmica diferencial, difração de raios-X, espectroscopia Raman, espectroscopia de reflectância no UV-vis, análise de área superficial, e microscopia eletrônica de varredura, foram utilizadas para compreender a relação entre a estrutura e a atividade fotocatalítica para os óxidos sintetizados pelo método de precipitação homogênea em ultrassom, com diferentes concentrações nominais de íons prata (0,0; 0,5; 2,0; e 5,0% m/m). De acordo com as análises por difração de raios-X, a fase cristalina anatase foi prodominante em todos compostos sintetizados. O band gap dos óxidos sintetizados apresentou deslocamento para menores energias como o aumento na porcentagem de íons dopantes, conforme esperado. Dados de espectroscopia Raman sugerem a existência de modos ativos da estrutura anatase, e tamanho de partícula menor, quando comparados ao TiO2 P25. A área supercial foi aumentada pela adição de prata e também pelo método de síntese utilizado. Os óxidos sintetizados apresentam-se parcialmente agregados, o que contribui para sua aplicação em fotocatálise heterogênea, pela disponibilidade de sítios ativos. A degradação fotocatalítica do corante tartrazina, catalisada pelos óxidos sintetizados, foi avaliada sob três diferentes condições de pH: 3,00; 6,90 (solução sem correção de pH); e 8,00. O melhor desempenho fotocatalítico foi observado ao usar o TiO2 dopado com 5% m/m de íons prata, em condição de pH sem ajuste (~6,90)

ESTUDO DA CINÉTICA DE DEGRADAÇÃO DO CORANTE AZUL DE METILENO UTILIZANDO CATALISADORES DE CÉRIA DOPADA COM ÍNDIO

A céria (CeO2) tem atraído a atenção de muitos pesquisadores devido à sua variabilidade de aplicações. Entretanto, este trabalho teve como finalidade investigar a influência do dopante índio (In) na morfologia e nas propriedades fotocatalíticas da céria. A céria dopada com 10, 15 e 20% em mol de índio (Ce1-xInxO2) foi obtida pelo método de coprecipitação acrescida do tratamento hidrotérmico assistido por micro-ondas. Os materiais obtidos apresentaram diferentes morfologias com tamanhos entre 200 e 600 nm, dependendo da concentração de dopante utilizada. A morfologia também tem corroborarado nas propriedades fotocatalíticas observadas na degradação do azul de metileno, em que houve um melhor resultado nas proporções de 10 e 15% em mol de índio. Por intermédio do perfil cinético observou-se que todos os materiais são regidos por uma lei de velocidade de pseudo primeira ordem