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http://hdl.handle.net/1843/79892
Type: | Dissertação |
Title: | Desenvolvimento de nanocompósitos de TiO2/Ag3PO4 com alta área interfacial para fotodegradação de corantes orgânicos catiônicos e aniônicos sob luz visível |
Other Titles: | Development of TiO2/Ag3PO4 nanocomposites with high interfacial area for photodegradation of cationic and anionic organic dyes under visible light |
Authors: | Amanda Suellen de Paula |
First Advisor: | Manuel Noel Paul Georges Houmard |
First Co-advisor: | Luiz Orlando Ladeira |
First Referee: | Eduardo Henrique Martins Nunes |
Second Referee: | Clascidia Aparecida Furtado |
Abstract: | Os processos industriais desempenham um papel crucial na sociedade moderna, mas inúmeros problemas ambientais podem surgir devido ao acumulo de matérias-primas, insumos e ineficiências nos processos. A fotocatálise heterogênea emerge como uma tecnologia promissora para sanar essas questões, promovendo a mineralização foto-oxidativa de compostos orgânicos. Embora o TiO2 seja um dos semicondutores mais utilizados nos processos fotocatalíticos, a recombinação dos seus pares elétron-buraco diminui a eficiência do processo, além dele atuar apenas sob iluminação ultravioleta, devido ao seu band gap. Assim, este estudo explora a síntese de nanocompósitos TiO2/Ag3PO4 utilizando diferentes rotas de sínteses para a obtenção do Ag3PO4 com tamanhos de cristais inferiores a 30 nm, como estratégia para aumentar a eficiência fotocatalítica na degradação de corantes catiônicos e aniônicos. Os materiais foram sintetizados através de uma precipitação in-situ de Ag3PO4 em uma solução cristalina de nanopartículas de TiO2. Todos os nanocompósitos fotocatalisadores apresentaram eficiências fotocatalíticas mais altas do que o Ag3PO4 puro sob irradiação visível. Os melhores materiais provenientes da melhor rota de síntese, apresentaram constantes cinéticas cerca de 13 e 5 vezes maiores para a degradação de rodamina B e alaranjado metila, respectivamente. O compósito TiO2/Ag3PO4 25/75 degradou cerca de 99% da rodamina B, enquanto o compósito TiO2/Ag3PO4 50/50 degradou cerca de 96% do alaranjado metila, ambos avaliados em 180 minutos. Além disso, eles superaram um nanocompósito fotocatalisador sintetizado a partir de Degussa P25, comumente usado como referência de catalisador. Os mecanismos das reações fotocatalíticas sugerem uma contribuição significativa dos nanocristais de TiO2 para a atividade fotocatalítica. Por fim, sugere-se que a alta eficiência fotocatalítica desses nanocompósitos seja atribuída à área interfacial aumentada entre os cristais de TiO2 e Ag3PO4 resultantes de suas pequenas dimensões alcançadas pela síntese realizada neste estudo. |
Abstract: | Industrial processes play a crucial role in modern society, and numerous environmental issues arise due to the accumulation of raw materials, inputs, and process inefficiencies. Heterogeneous photocatalysis is emerging as a promising technology to address these issues, providing an approach for the photo-oxidative mineralization of organic compounds. Although TiO2 is one of the most widely used semiconductors in the photocatalytic process, it shows a fast recombination rate of the photogenerated electron-hole pairs and operates only under ultraviolet illumination due to its high band gap. Thus, this study explores two synthesis routes for TiO2/Ag3PO4 nanocomposites with crystal sizes smaller than 30 nm as a strategy to improve the interfacial area between both phases and its photocatalytic efficiency for degrading both cationic and anionic dyes. The materials were prepared by in-situ precipitation of Ag3PO4 in a TiO2 nanocrystalline suspension. All prepared nanocomposites exhibited higher photocatalytic efficiency than pure Ag3PO4 under visible light irradiation. The best materials from the optimal synthesis route exhibited kinetic constants up to 13 and 5 times higher for the degradation of Rhodamine B and Methyl Orange, respectively. The composite prepared with a TiO2/Ag3PO4 molar ratio of 25/75 degraded approximately 99% of Rhodamine B, while the composite obtained with a 50/50 ratio degraded about 96% of Methyl Orange in 180 minutes. These samples also outperformed a nanocomposite photocatalyst synthesized from Degussa P25, which has been used as a reference catalyst in many studies. It is suggested that the high photocatalytic efficiency of these nanocomposites is due to the increased interfacial area between TiO2 and Ag3PO4 crystals, which is related to the synthesis strategy used in this study |
Subject: | Engenharia química Nanotecnologia Nanocompósitos (Materiais) Fotocátalise Fotodegradação |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Rights: | Acesso Restrito |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/79892 |
Issue Date: | 2-Jul-2024 |
metadata.dc.description.embargo: | 2-Jul-2026 |
Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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