Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/61634
Type: Tese
Title: A versatilidade fotocatalítica dos óxidos de nióbio: semicondutores estratégicos para a síntese ou degradação de compostos na região do UV-Vis
Authors: José Balena Gabriel Filho
First Advisor: Luiz Carlos Alves de Oliveira
First Co-advisor: Márcio César Pereira
First Referee: Francisco Guilherme Esteves Nogueira
Second Referee: Antônio Otávio de Toledo Patrocínio
Third Referee: Marcelo Machado Viana
metadata.dc.contributor.referee4: Luciano Andrey Montoro
Abstract: Semicondutores a base de óxido de nióbio vem ganhando visibilidade no campo da fotocatálise heterogênea devido à sua ótima capacidade de promover transformações redox e versatilidade de síntese. Nessa tese foram abordados processos fotocatalíticos seletivos sob radiação UV ou Visível jamais realizados com fotocatalisadores contendo nióbio. Em um dos estudos foi descoberto que o ácido nióbico comercial (chamado de HY-340), produzido pela Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), possui a especial habilidade de reduzir o ácido levulínico (AL) à γ-valerolactona (GVL), uma molécula plataforma de biomassa lignocelulósica de alto valor agregado. Essa conversão foi observada na ausência de co-catalisadores (metais nobres) ou aditivos, somente usando etanol como hole scavenger e radiação UV. Em longos tempos de reação, observou-se que os subprodutos do AL inicialmente detectados eram também transformados em GVL, ao fim de 72h consecutivas de reação o valor de seletividade atingiu 44,7 %. A fim de investigar a melhoria na redução do AL por meio da mudança estrutural, o ácido nióbico foi tratado termicamente nas temperaturas de 200, 400 e 600 °C. A melhor performance foi obtida para o material sintetizado a 600 °C, chamado de H3. Vacâncias de oxigênio foram criadas nesse óxido de nióbio substituindo a atmosfera ambiente estática por um fluxo de H2 (10% em N2), esses defeitos aumentaram a conversão de 36,4% para 43,5% sem a perda seletividade. Os estudos supracitados sobre a conversão do AL são os pioneiros no uso de óxidos de nióbio puro para a redução seletiva de compostos orgânicos. Para destacar a versatilidade do nióbio em aplicações tecnológicas de relevância social, um tecido fotoativo à base de policaprolactona (polímero biodegradável) contendo partículas de óxido de nióbio na forma de niobato de ferro foi projetado para a degradação de organofosforados, nesse caso o agudamente tóxico Paraoxon Metil foi usado como modelo. Os resultados mostraram que em 48h de exposição à luz o tecido elimina 94,5% do Metil Paraoxon, convertendo-o até em ácido fosfórico, composto contendo fósforo de menor toxicidade. Combinar o uso tecnológico do Nb para valorização da biomassa lignocelulósica e a degradação de compostos organofosforados é de fundamental importância para o Brasil, uma vez que o país detém as maiores reservas de nióbio do mundo, assim como é destaque no mercado mundial na produção de insumos agrícolas e consequentemente da biomassa lignocelulósica.
Abstract: Niobium oxide-based semiconductors have attracted attention in the field of heterogeneous photocatalysis due to their excellent ability to promote redox transformations and synthesis versatility. In this theses, selective processes under UV or Visible radiation, never performed before with niobium photocatalysts, were investigated. In one of the cases it was discovered that commercial niobic acid (called HY-340), produced by Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), has a special ability to reduce levulinic acid (LA) to γ-valerolactone (GVL), a high value-added lignocellulosic biomass molecule. This conversion was observed in the absence of co-catalysts (noble metals) or additives, only using ethanol as a hole scavenger and UV radiation. In long reaction times, it was observed that the LA by-products initially detected were also transformed into GVL, after 72 consecutive hours of reaction the selectivity reached 44.7%, a formidable result using an amorphous solid as photocatalyst. In order to investigate the improvement in LA reduction through structural modifications, niobic acid was thermally treated at temperatures of 200, 400 and 600 °C. The best performance was achieved for the material synthesized at 600 °C, called H3. Oxygen vacancies were created in this niobium oxide just by changing the static air atmosphere to a H2 flow (10% in N2), these defects increased the conversion from 36.4% to 43.5% without losing selectivity. The aforementioned studies about LA conversion were the pioneers on the use of pure niobium oxides for the selective reduction of organic compounds. To highlight the versatility of niobium in social concern technological applications, a photoactive fabric based on polycaprolactone (biodegradable polymer) containing iron niobate particles was designed for the degradation of organophosphates, in this case the acutely toxic Methyl Paraoxon was used as a model. The results showed that in 48 hours of exposure to light, the fabric eliminates 94.5% of Methyl Paraoxon, converting it even into phosphoric acid, less toxic phosphorus compound. Combining the technological use of Nb to add value to lignocellulosic biomass derivatives and the destruction of organophosphate compounds is quite importance for Brazil, since the country has the largest reserves of niobium in the world, as well as it is prominent in the world market of agricultural feedstock and consequently the lignocellulosic biomass.
Subject: Química inorgânica
Fotocatálise
Compostos de nióbio
Óxidos
Conversão de biomassa
Compostos organofosforados
Radiação ultravioleta
Biodegradação
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/61634
Issue Date: 29-Sep-2023
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