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http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BCTMC9| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Otimização das propriedades fotocatalíticas de nanocompósitos TiO2-SiO2 sintetizados por tecnologia sol-gel e processo hidrotermal |
| Authors: | Hugo Guimaraes Palhares |
| First Advisor: | Manuel Noel Paul Georges Houmard |
| First Co-advisor: | Eduardo Henrique Martins Nunes |
| First Referee: | Susana Fátima Resende |
| Second Referee: | Tulio Matencio |
| Abstract: | A fotocatálise é considerada uma tecnologia promissora para redução da poluição ambiental através da mineralização foto-oxidativa de compostos orgânicos. Dentre os fotocatalisadores empregados atualmente, o dióxido de titânio (TiO2 ou titânia) é o mais utilizado devido à sua natureza não-tóxica, insolubilidade em água, expressivas estabilidades térmica e química, baixo custo e alta fotoatividade. A eficiência catalítica do TiO2 é influenciada por fatores como sua estrutura cristalina e área superficial específica. Neste trabalho foi investigado o efeito do tratamento hidrotermal e da adição de sílica sobre a estrutura e o desempenho fotocatalítico de catalisadores à base de TiO2. Estes materiais foram preparados combinando o processo sol-gel e o tratamento hidrotermal, sem a utilização de estruturadores de poros ou surfactantes. As condições ideais de síntese foram investigadas com base na variação dos parâmetros de síntese. Apesar da obtenção de cristais de anatásio sem tratamento hidrotermal, este processo pareceu necessário para melhorar a cristalinidade da titânia e assim obter a fase anatásio com boa qualidade estrutural e alta fotoatividade. A etapa de tratamento térmico mostrouse responsável pela geração de efeitos tanto positivos quanto negativos em relação às propriedades estruturais do TiO2 e sua atividade fotocatalítica. Contudo, de modo geral, mostrou-se vantajosa desde que a estrutura de poros, a fase anatásio e uma alta área superficial específica fossem mantidas. A adição de sílica foi então justificada, visando estabilizar a estrutura cristalina do TiO2 no tratamento térmico. Os melhores resultados foram obtidos com razão molar Si/(Si+Ti) de 0,2. Um aumento na temperatura do tratamento hidrotermal mostrou estabilizar ainda mais a estrutura, o que correspondeu a uma performance catalítica superior aos demais materiais quando utilizadas altas temperaturas de tratamento térmico (i.e. 700 oC). A alta eficiência fotocatalítica dos nanocompósitos sintetizados se deve ao efeito combinado da fotoatividade do TiO2 e da capacidade de adsorção do SiO2. Quando comparado a uma amostra comercial de TiO2 (Evonik Degussa P25), o melhor desempenho do nanocompósito é notado principalmente quando utilizado em maiores quantidades. |
| Abstract: | Photocatalysis is considered a promising technology for reducing environmental pollution through the photo-oxidative mineralization of organic compounds. Among the photocatalysts currently used, titanium dioxide (TiO2 or titania) is the most used due to its non-toxic nature, water insolubility, expressive thermal and chemical stabilities, low cost and high photoactivity. The catalytic efficiency of TiO2 is influenced by factors such as its crystalline structure and specific surface area. In this work we investigated the effect of hydrothermal treatment and silica addition on the structure and photocatalytic performance of synthesized TiO2-based catalysts. These materials were prepared by combining sol-gel process and hydrothermal treatment, and no templates or surfactants were used in these syntheses. The optimal synthesis conditions were investigated based on the variation of the preparation parameters. Despite obtaining anatase TiO2 crystals without hydrothermal treatment, this one appeared necessary to complete the anatase crystallization to form anatase phase with good structural quality and high photoactivity. The heat treatment step was responsible for the generation of both positive and negative effects in relation to the TiO2 structural properties and its photocatalytic activity. However, in general, it has proved to be advantageous as long as the pore structure, the anatase phase and a high specific surface area were maintained. The addition of silica was then justified, aiming to stabilize the crystalline structure of TiO2 upon heat treatment. The best results were obtained with Si/(Si+Ti) molar ratio of 0.2. An increase in the temperature of the hydrothermal treatment showed to stabilize the structure even more, which corresponded to a higher catalytic performance than the other materials when considering high heat treatment temperatures (i.e., 700 oC). The high photocatalytic efficiency of the synthesized nanocomposites is due to the combined effect of TiO2 photoactivity and SiO2 adsorption capacity. When compared to a commercial sample of TiO2 (Evonik Degussa P25), the best performance of the nanocomposite is observed mainly when it is used in larger quantities. |
| Subject: | Fotocatalise Dióxido de silício Dióxido de titânio Engenharia quimica |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BCTMC9 |
| Issue Date: | 20-Feb-2019 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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