Estudo comparativo de rotas de síntese de nanorecobrimentos de TiO2 com propriedades fotoativas

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Gustavo Henrique de Magalhães Gomes
Eduardo Henrique Martins Nunes

Resumo

A crescente geração de poluentes orgânicos, resultante do desenvolvimento industrial e urbano, constitui uma das principais preocupações ambientais do século XXI. A inadequada disposição desses contaminantes em corpos hídricos demanda soluções tecnológicas eficazes e sustentáveis para minimizar seus impactos. Nesse contexto, nanomateriais funcionais, como o dióxido de titânio (TiO2), têm ganhado destaque por suas propriedades físico-químicas, especialmente em processos de fotodegradação de poluentes. O TiO2 é amplamente estudado por apresentar elevada estabilidade, forte atividade fotocatalítica sob radiação UV e um ótimo custo-benefício, sendo aplicado em sensores, baterias, pigmentos e superfícies autolimpantes. Assim, este trabalho teve como objetivo a obtenção e caracterização de filmes finos de TiO2 com propriedades autolimpantes, sintetizados pelas rotas sol-gel e hidrotérmica. Foram propostas cinco diferentes rotas de síntese para obtenção de soluções e suspensões cristalinas contendo nanopartículas de TiO2. A produção dos filmes finos foi realizada utilizando a técnica de imersão por dip-coating. As amostras preparadas foram caracterizadas por difração de raios X, reflectância difusa, transmitância, microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão e elipsometria, para que fossem possíveis obter dados relevantes quanto à morfologia, estrutura cristalina, propriedades ópticas e desempenho fotocatalítico. A superhidrofilicidade induzida dos recobrimentos foi investigada por testes de molhabilidade e medidas dos ângulos de contato entre a superfície do filme e uma gota de água destilada. A eficiência fotocatalítica dos filmes foi avaliada a partir da degradação do corante orgânico rodamina B, simulando um contaminante ambiental. Os resultados indicaram, portanto, um grande potencial de aplicação desses revestimentos em remediações ambientais e em superfícies autolimpantes. O filme SCMicro 5C degradou mais de 40% do corante modelo, enquanto o filme SM 5C apresentou uma superfície com molhabilidade considerável após pouco tempo sob irradiação UV-C, exibindo um ângulo de contato de 28º antes da irradiação e menor do que 10º após irradiado.

Abstract

The increasing generation of organic pollutants, resulting from industrial and urban development, is one of the main environmental concerns of the 21st century. The inadequate disposal of these contaminants into water bodies demands effective and sustainable technological solutions to minimize their impacts. In this context, functional nanomaterials, such as titanium dioxide (TiO₂), have gained prominence due to their physicochemical properties, especially in pollutant photodegradation processes. TiO₂ has been widely studied for its high stability, strong photocatalytic activity under UV radiation, and excellent cost-effectiveness, being applied in sensors, batteries, pigments, and self-cleaning surfaces. Thus, this work aimed to obtain and characterize TiO₂ thin films with self-cleaning properties, synthesized through sol–gel and hydrothermal routes. Five different synthesis routes were proposed for obtaining crystalline solutions and suspensions containing TiO₂ nanoparticles. The thin films were produced using the dip-coating immersion technique. The prepared samples were characterized by X-ray diffraction, diffuse reflectance, transmittance, atomic force microscopy, transmission electron microscopy, and ellipsometry, in order to obtain relevant data regarding morphology, crystalline structure, optical properties, and photocatalytic performance. The induced superhydrophilicity of the coatings was investigated through wettability tests and contact angle measurements between the film surface and a drop of distilled water. The photocatalytic efficiency of the films was evaluated through the degradation of the organic dye rhodamine B, simulating an environmental contaminant. The results indicated great potential for applying these coatings in environmental remediation and self-cleaning surfaces. The SCMicro 5C film degraded more than 40% of the model dye, while the SM 5C film exhibited considerable wettability after a short period under UV-C irradiation, showing a contact angle of 28° before irradiation and less than 10° after irradiation.

Assunto

Físico-química, Dióxido de titânio, Filmes finos, Nanopartículas, Fotocatálise, Nanotecnologia, Raios X – Difração, Microscopia eletrônica, Espectroscopia de ultravioleta, Revestimentos

Palavras-chave

Dióxido de titânio, Filmes finos, Nanopartículas, Fotocatálise, Recobrimentos autolimpantes

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