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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Nanocompósitos de óxidos de ferro e pontos de carbono e suas aplicações em processos oxidativos avançados
Authors: Therese Cibaka Ebambi
First Advisor: Fabiano Vargas Pereira
First Referee: Luciano Andrey Montoro
Second Referee: Cinthia de Castro Oliveira
Abstract: As reações de fotocatalise são promovidas por irradiação na região do UV ou visível. Elas são catalisadas por semicondutores que sofrem excitação de um elétron da banda de valência até banda de condução. Forma-se então um par elétron (excitado na banda de condução) e buraco (na banda de valência), é esse par que confere ao semicondutor sua atividade fotocatalítica. A eficiência da fotocatálise depende do quão lento é o decaimento do elétron excitado para banda de valência, isto é a recombinação do par elétron buraco. Os óxidos de ferro (III) são potenciais fotocatalisadores devido aos seus band gap de aproximadamente 2 eV, idealmente esse valor permite o uso de radiação na região do UV/visível. No entanto, os óxidos de ferro apresentam uma rápida recombinação do par elétron-buraco. Na maioria das vezes, os óxidos de ferro são modificados de forma a inibir essa recombinação por heterojunção e/ou favorecer a redução dos Fe3+ para Fe2+ por meio de ligantes doadores. Esse trabalho apresenta compósitos de óxidos de ferro com pontos de carbono. Foram sintetizados 3 espécies de óxido de ferro: hematita, akaganeita e ferridrita. E com cada uma dessas espécies, sintetizou-se os compósitos óxido de ferro/pontos de carbono de ácido cítrico (PC-AC/EDA) e óxido de ferro/pontos de carbono de óleo de rícino (PC-RIC). Ao total formou-se 6 compósitos. Esses compósitos foram caracterizados e observou-se uma modificação do valor de energia da banda de valência. Além disso, a atividade fotocatalítica dos compósitos foi testada na descoloração de solução de azul de metileno por fotofenton. Para todos os óxidos de ferro, exceto para a ferridrita, a adição dos PC na estrutura dos óxidos de ferro melhorou a atividade na fotofenton. O compósito akaganeita/PC-AC/EDA apresentou o melhor desempenho na fotofenton. Em apenas 10 minutos, o compósito akaganeita/PC-AC/EDA permitiu a degradação e descoloração completa do corante azul de metileno enquanto a akaganeita pura, nas mesmas condições, não promoveu nenhuma descoloração. A presença dos PC-AC/EDA na matriz akaganeíta agiram como agente estabilizante e conferiram às partículas de akaganeita um menor tamanho e uma maior estabilidade estrutural. Assim, a introdução dos pontos de carbono na estrutura de óxidos de ferro é uma solução promissora para permitir o uso efetivo desses óxidos como fotocatalisadores.
Abstract: Photocatalysis reaction are promoted by the UV/Vis irradiation and catalyzed by semiconductors that undergo excitation of an electron from the valence band to the conduction band. The pair of electron (excited in the conduction band) and hole (in the valence band) gives the semiconductor its photocatalytic activity. The efficiency ofphotocatalysis depends on how slow the decay of the excited electron to the original valence band, ie the electron recombination hole. Iron (III) oxides are potential photocatalysts because of their band gap ofapproximately 2 eV, ideally this value allows the use of radiation in the UV / visible region. However, iron oxides present a rapid recombination of the electron-hole pair. Most of the time, the iron oxides are modified in order to inhibit this recombination by heterijunction or favour the Fe3+ reduction to Fe2+ via metal-ligand transference. This work presents compositesof iron oxides with carbon dots. Three iron oxide species were synthesized: hematite, akaganeite and ferrihydrite. With each of these species, the composite iron oxide / citric acid based carbon dots (PC-AC / EDA) and the composite iron oxide / castor oil based carbondots(PC-RIC) were synthesized. In total, 6 composites were formed. These composites were characterized and a modification of particle size and the valence band energy value compared to the initial iron oxides. In addition, the photocatalytic activity of the composites was testedin the discoloration of methylene blue by photofenton. For all iron oxides, except for ferrihydrite, the addition of PCs to the structure of ironoxides improved the catalytic activity in photofenton. The akaganeite / PC-AC / EDA composite showed the best performance in photofenton. After only 10 minutes, the akaganeite / PC-AC / EDA composite allowed the complete degradation and discoloration of the methylene blue dye while pure akaganeite, under the same conditions, did not promote anyapparent discoloration. The presence of PC-AC / EDA in the akaganeite matrix acted as a stabilizing agent and conferred the akaganeite smaller particules size and a greater structural stability. Thus, the introduction of carbon dots into the iron oxide structure is a promising solution to allow the effective use of these oxides as a photocatalyst.
Subject: Óxidos de ferro
Corantes
Química inorgânica
Transferência de carga
Carbono
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-BBZVFF
Issue Date: 28-Feb-2019
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