Síntese e caracterização de materiais mesoporosos para a captura de CO2: influência do óxido de níquel

Several materials are currently under study for the CO2 capture process, like the metal oxides and mixed metal oxides, zeolites, carbonaceous materials, metal-organic frameworks (MOF's) organosilica and modified silica surfaces. In this work, evaluated the adsorption capacity of CO2 in mesoporous materials of different structures, such as MCM-48 and SBA- 15 without impregnating and impregnated with nickel in the proportions 5 %, 10 % and 20 % (m/m), known as 5Ni-MCM-48, 10Ni-MCM-48, 20Ni-MCM-48 and 5Ni-SBA-15, 10NiSBA-15, 20Ni-SBA-15. The materials were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), thermal analysis (TG and DTG), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), N2 adsorption and desorption (BET) and scanning electron microscopy (SEM) with EDS. The adsorption process was performed varying the pressure of 100 - 4000 kPa and keeping the temperature constant and equal to 298 K. At a pressure of 100 kPa, higher concentrations of adsorption occurred for the materials 5Ni-MCM-48 (0.795 mmol g-1 ) and SBA-15 (0.914 mmol g-1 ) is not impregnated, and at a pressure of 4000 kPa for MCM-48 materials (14.89 mmol g-1) and SBA-15 (9.97 mmol g-1) not impregnated. The results showed that the adsorption capacity varies positively with the specific area, however, has a direct dependency on the type and geometry of the porous structure of channels. The data were fitted using the Langmuir and Freundlich models and were evaluated thermodynamic parameters Gibbs free energy and entropy of the adsorption system

Características estruturais e fotocatalíticas do compósito oxihidróxido de nióbio/vermiculita

The preparation of nanostructured materials using natural clays as support, has been studied in literature under the same are found in nature and consequently, have a low price. Generally, clays serve as supports for metal oxides by increasing the number of active sites present on the surface and can be applied for various purposes such as adsorption, catalysis and photocatalysis. Some of the materials that are currently highlighted are niobium compounds, in particular, its oxides, by its characteristics such as high acidity, rigidity, water insolubility, oxidative and photocatalytic properties. In this scenario, the study aimed preparing a composite material oxyhydroxide niobium (NbO2OH) / sodium vermiculite clay and evaluate its effectiveness with respect to the natural clay (V0) and NbO2OH. The composite was prepared by precipitation-deposition method and then characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy (XRD), energy dispersive X-ray (EDS), thermal analysis (TG/DTG), scanning electron microscopy (SEM), N2 adsorption-desorption and investigation of distribution of load. The application of the material NbO2OH/V0 was divided in two steps: first through oxidation and adsorption methods, and second through photocatalytic activity using solar irradiation. Studies of adsorption, oxidation and photocatalytic oxidation monitored the percentage of color removal from the dye methylene blue (MB) by UV-Vis spectroscopy. The XRD showed a decrease in reflection d (001) clay after modification; the FTIR indicated the presence of both the clay when the oxyhydroxide niobium to present bands in 1003 cm-1 related to Si-O stretching bands and 800 cm-1 to the Nb-O stretching. The presence of niobium was also confirmed by EDS indicated that 17 % by mass amount of the metal. Thermal analysis showed thermal stability of the composite at 217 °C and micrographs showed that there was a decrease in particle size. The investigation of the surface charge of NbO2OH/V0 found that the material exhibits a heterogeneous surface with average low and high negative charges. Adsorption tests showed that the composite NbO2OH/V0 higher adsorption capacity to remove 56 % of AM, while the material removed from V0 only 13 % showed no NbO2OH and adsorptive capacity due to the formation of H-aggregates. The percent removal of dye color for the oxidation tests showed little difference from the adsorption, being 18 and 66 % removal of dye color for V0 and NbO2OH/V0 respectively. The NbO2OH/V0 material shows excellent photocatalytic activity managing to remove just 95,5 % in 180 minutes of the color of MB compared to 41,4 % and 82,2 % of V0 the NbO2OH, proving the formation of a new composite with distinct properties of its precursors.

Novos adsorventes para aplicação na remoção de enxofre de combustíveis

Currently the market requires increasingly pure oil derivatives and, with that, comes the need for new methods for obtaining those products that are more efficient and economically viable. Considering the removal of sulfur from diesel, most refineries uses catalytic hydrogenation process, the hydrodesulfurization. These processes needs high energy content and high cost of production and has low efficiency in removing sulfur at low concentrations (below 500 ppm). The adsorption presents itself as an efficient and economically viable alternative in relation to the techniques currently used. With that, the main purpose of this work is to develop and optimize the obtaining of new adsorbents based on diatomite, modified with two non ionic surfactants microemulsions, adding efficiency to the material, to its application on removal of sulfur present in commercial diesel. Analyses were undertaken of scanning electron microscopy (SEM), x-ray diffraction (XRD), x-ray fluorescence (XRF), thermogravimetry (TG) and N2 adsorption (BET) for characterization of new materials obtained. The variables used for diatomite modification were: microemulsion points for each surfactant (RNX 95 and UNTL 90), microemulsion aqueous phase through the use or non-use of salts (CaCl2 and BaCl2), the contact time during the modification and the contact form. The study of adsorption capacity of materials obtained was performed using a statistical modeling to evaluate the influence of salt concentration in the aqueous phase (20 ppm to 1500 ppm), finite bath temperature (25 to 60° C) and the concentration of sulphur in diesel. It was observed that the temperature and the concentration of sulphur (300 to 1100 ppm) were the most significant parameters, in which increasing their values increase the ability of modified clay to adsorb the sulphur in diesel fuel. Adsorption capacity increased from 0.43 to mg/g 1.34 mg/g with microemulsion point optimization and with the addition of salts.

Synergistischer photoinduzierter Schadstoffabbau mittels eines Porphyrazin-Titandioxid-Hybrids

Die zunehmende Luftverschmutzung aufgrund des steigenden Energiebedarfs und Mobilitätsanspruchs der Bevölkerung, insbesondere in urbanen Gebieten, erhöht das Gefährdungspotential für die Gesundheit und verschlechtert so die Lebensqualität. Neben der Vermeidung von Emissionen toxischer Gase als mittel- und langfristig optimale Maßnahme zur Verbesserung der Luftqualität, stellt der Abbau emittierter Luftschadstoffe ein geeignetes und kurzfristig wirksames Mittel dar. Ein solcher Abbau kann durch Photokatalyse erzielt werden, allerdings nutzen Photokatalysatoren, die auf dem Halbleiter Titandioxid (TiO2) basieren, das solare Emissionsspektrum nur geringfüfig aus und sind in Innenräumen und anderen UV-schwachen Bereichen nicht wirksam. Um diese Nachteile zu überwinden, wurde ein Photokatalysator entwickelt und hergestellt, der aus TiO2 (P25) als UV-aktiver Photokatalysator und als Trägermaterial sowie einem seinerseits im Vis-Bereich photoaktiven Porphyrazin-Farbstoff als Beschichtung besteht. Die sterisch anspruchsvollen und in der Peripherie mit acht Bindungsmotiven für TiO2 versehenen Farbstoffmoleküle wurden zu diesem Zweck auf der Halbleiteroberfläche immobilisiert. Die so gebildeten Porphyrazin-Titandioxid-Hybride wurde ausführlich charakterisiert. Dabei wurden unter anderem die Bindung der Farbstoffe auf der Titandioxidoberfläche mittels Adsorptionsisothermen und die UV/Vis-spektroskopischen Eigenschaften des Hybridmaterials untersucht. Zur Bestimmung der photokatalytischen Aktivitäten der Einzelkomponenten und des Hybridmaterials wurden diese auf die Fähigkeit zur Bildung von Singulett-Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikalen hin sowie in einem an die ISO-22197-1 angelehnten Verfahren auf die Fähigkeit zum Abbau von NO hin jeweils bei Bestrahlung in drei Wellenlängenbereichen (UV-Strahlung, blaues Licht und rotes Licht) geprüft. Darüber hinaus konnte die Aktivität des Hybridmaterials bei der Photodynamischen Inaktivierung (PDI) von Bakterien unter UV- und Rotlichtbestrahlung im Vergleich zum reinen Ttandioxid bestimmt werden. Die Charakterisierung des Hybridmaterials ergab, dass die Farbstoffmoleküle in einer neutralen Suspension nahezu irreversibel in einer monomolekularen Schicht mit einer Bindungsenergie von -41.43 kJ/mol an die Oberfläche gebunden sind und das Hybridmaterial mit hohen Extinktionskoeffizienten von bis zu 105 M-1cm-1 in großen Bereichen des UV/Vis-Spektrums Photonen absorbiert. Das Spektrum des Hybridmaterials setzt sich dabei additiv aus den beiden Einzelspektren zusammen. Die Auswirkungen der Charakterisierungsergebnisse auf die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies wurden ausführlich diskutiert. Der Vergleich der Aktivitäten in Bezug auf die Bildung der reaktiven Sauerstoffspezies zeigte, dass die Aktivität des Hybridmaterials bis auf die bei der Bildung von Hydroxylradikalen unter UV-Bestrahlung in allen Versuchen deutlich höher war als die Aktivität des reinen Titandioxids. Im Gegensatz zu reinem Titandioxid erzeugte das Hybridmaterial in allen untersuchten Wellenlängenbereichen Mengen an Singulett-Sauerstoff, die photophysikalisch eindeutig detektierbar waren. Zur Erklärung und Deutung dieser Beobachtungen wurde eine differenzierte Diskussion geführt, die die Ergebnisse der Hybridpartikelcharakterisierung aufgreift und implementiert. Der Vergleich der NO-Abbaueffizienzen ergab bei allen Experimenten durchgängig deutlich höhere Werte für das Hybridmaterial. Zudem wurden durch das Hybridmaterial nachgewiesenermaßen wesentlich geringere Mengen des unerwünschten Nebenprodukts des Abbaus (NO2) gebildet. Im Zuge der Diskussion wurden verschiedene mögliche Mechanismen der „sauberen“ Oxidation zu Nitrat durch das Hybridmaterial vorgestellt. Untersuchungen zur Photodynamischen Inaktivierung verschiedener Bakterien ergaben, dass das Hybridmaterial neben einer zu P25 ähnlichen Aktivität unter UV-Bestrahlung, anders als P25, auch eine PDI verschiedener Bakterien unter Rotlichtbestrahlung erreicht.

Secagem convectiva da microalga spirulina platensis: avaliação das propriedades físicas e bioquímicas

O objetivo no presente estudo foi investigar a operação de secagem da microalga Spirulina platensis em camada delgada através da modelagem matemática e otimização da operação, avaliando as características do produto final através de análises físico-químicas. Foram analisados os dados da umidade de equilíbrio para a isoterma de adsorção a 10, 20 e 30°C e de dessorção a 40, 50 e 60°C, através dos modelos de GAB e BET. O calor isostérico foi determinado pela aplicação da equação de Clausius-Clapeyron. O modelo de GAB apresentou melhor ajuste aos dados experimentais. Os valores da área superficial calculados pelos modelos de GAB e BET foram próximos. O calor isostérico e a entropia diferencial da isoterma de dessorção apresentaram comportamento similar. A teoria da compensação entalpia-entropia foi aplicada nas isotermas, indicando que são controladas pela entalpia. A cinética de secagem foi analisada na faixa de temperatura de 50-70°C, através dos modelos de Lewis, Henderson e Pabis, Henderson, Page e Overhults. O modelo de Henderson e Pabis foi escolhido por apresentar maior significado físico para estimar o valor de difusividade efetiva (Def), sendo os valores encontrados na faixa de 5,54 - 6,60×10-11 m 2 /s, para as temperaturas de 50 e 60°C, respectivamente, e de 1,58×10-10 m2 /s para a temperatura de 70°C. A energia de ativação apresentou um valor de 47,9 kJ/mol. A secagem alterou a cor quando comparada ao material in natura. A secagem foi otimizada na faixa de espessuras e temperaturas do ar de secagem de 3-7 mm e de 50-70ºC, respectivamente, através da metodologia de superfície de resposta para ácido tiobarbitúrico (TBA) e perda de ficocianina no produto final. A melhor condição de secagem foi a 55°C e a 3,7 mm, apresentando uma perda de ficocianina de aproximadamente 37% e valor de TBA de 1,5 mgMDA/kgamostra. Nesta condição de secagem, a composição de ácidos graxos da microalga Spirulina não apresentou diferença significativa (P > 0,05) em relação a microalga in natura.

Purificação de C-ficocianina e sua incorporação em nanofibras

C-ficocianina (C-FC) é uma ficobiliproteína, de cor natural azul, com diversas aplicações na indústria alimentícia, farmacêutica e biomédica, dependendo do seu grau específico de pureza, que pode variar de 0,7 a 4,0, com respectivo aumento de seu valor comercial. Essa pureza é alcançada através de diversas técnicas de purificação, que podem ser aplicadas em diferentes sequências. Um destes processos de purificação de proteínas baseia-se na cromatografia de troca iônica, que utiliza trocadores que adsorvem as proteínas como resultado de interações iônicas entre a superfície da proteína e o trocador. Resinas e colunas de leito expandido podem ser utilizadas para aumentar a produtividade dessa técnica. É fundamental conhecer o perfil do processo de adsorção, para melhor aplicá-lo como ferramenta para o design e otimização de parâmetros operacionais. Outra tecnologia para o tratamento de biomoléculas é a ultrafiltração. Esta técnica é aplicável em larga escala, apresenta baixa complexidade de aplicação e pode ser realizada em condições brandas, minimizando o dano para o produto. Para aumentar a estabilidade da C-FC, e facilitar a sua aplicação, podem ser avaliadas técnicas recentes, não exploradas para este fim, como as nanofibras obtidas através do processo de electrospinning. Estas fibras possuem uma área superficial específica extremamente elevada devido a seu pequeno diâmetro. O objetivo deste trabalho foi avaliar parâmetros de adsorção e diferentes técnicas para purificação de C-ficocianina de Spirulina platensis e obter nanofibras poliméricas incorporadas de C-ficocianina. O trabalho foi dividido em quatro artigos. No primeiro artigo, foram avaliados os parâmetros e as isotermas de adsorção de C-ficocianina em resina de troca iônica para leito expandido Streamline® DEAE. Verificou-se que o maior coeficiente de partição foi obtido em pH 7,5, nas temperaturas de 15 e 25 °C. As isotermas de adsorção da Cficocianina foram bem representadas pelos modelos de Langmuir, de Freundlich e de Langmuir-Freundlich, sendo os valores estimados para Qm e Kd obtidos pela isoterma de Langmuir foram, respectivamente, 33,92 mg.mL-1 e 0,123 mg.mL-1, respectivamente. No segundo artigo foi avaliada a purificação de C-FC até grau alimentar, utilizando ultrafiltração (UF). Com a membrana de 50 kDa, identificou-se que somente a temperatura e a aplicação de diferentes ciclos de diafiltração (DF) causaram influência significativa sobre a purificação e recuperação da C-ficocianina. Foram então aplicados o aumento gradativo da quantidade de ciclos, e a diafiltração previamente à ultrafiltração (DF/UF), onde obteve-se um extrato de Cficocianina com pureza de 0,95. No terceiro artigo foram propostos processos de purificação, envolvendo a utilização das diferentes técnicas para obtenção de C-FC com diferentes purezas. Determinou-se que a partir de cromatografia de troca iônica em leito fixo seguido de DF/UF, obtém-se C-FC para uso em cosméticos e a partir de precipitação com sulfato de amônio, e DF/UF obtém-se C-FC para uso em biomarcadores. Com uma sequência de precipitação com sulfato de amônio, DF/UF e cromatografia de troca iônica em leito fixo chega-se a C-FC de grau analítico. No último artigo, C-FC foi incorporada a nanofibras de óxido de polietileno (PEO) através de processo de electrospinning. Foram determinadas a condutividade da solução de C-FC/PEO, a estrutura e comportamento termogravimétrico das nanofibras formadas. Soluções de polímeros com concentração de 6 e 8% proporcionaram a formação de nanofibras com diâmetro médio inferior a 800 nm, homogêneas, sem a presença de gotas. A análise termogravimétrica identificou aumento na resistência térmica da C-FC incorporada nas fibras.

Avaliação de Impacto Ambiental, Valorização do Efluente e dos Resíduos Sólidos da Indústria Corticeira

A preocupação com o meio ambiente, nomeadamente na descarga de águas residuais, consumo de água excessivo e produção de resíduos industriais, está cada vez mais presente no quotidiano. Devido a estas problemáticas, efetuou-se a avaliação de impacte ambiental (AIA) do processo produtivo das rolhas de cortiça naturais, tratamento das águas de cozedura da cortiça (estudo da possível reutilização do efluente tratado) e valorização de subprodutos – resíduo sólido (raspa de cortiça), sendo estes os objetivos propostos para a realização da presente dissertação. Na AIA, efetuada no decorrer das fases da Análise do Ciclo de Vida (ACV), foram selecionadas 8 categorias de impacte – aquecimento global, acidificação, dessecação, toxicidade e ecotoxicidade, eutrofização, consumo de recursos não renováveis e oxidação foto-química. A água de cozedura caracterizou-se por uma elevada carga poluente, apresentando elevada concentração de cor, Carência Química de Oxigénio (CQO), taninos e lenhina e Sólidos Suspensos Totais (SST). O processo de tratamento proposto consistiu num pré-tratamento por ultrafiltração (UF), com membranas de 30.000 e 20.000 MWCO, seguido de adsorção por carvão ativado (comercial e produzido a partir de raspa de cortiça). No tratamento por UF, utilizando uma membrana de 30.000 MWCO, foram obtidas percentagens de remoção para a primeira amostra de água de cozedura de 74,8 % para a cor, 33,1 % para a CQO e para a segunda amostra de 85,2 % para a cor e 41,8 % para a CQO. Posteriormente, apenas para a segunda amostra de água de cozedura e com uma membrana de 20.000 MWCO, as percentagens de remoção obtidas foram superiores, de 93% para a cor, 68,9 % para a CQO, 88,4 % para taninos e lenhina e 43,0 % para azoto total. No tratamento por adsorção com carvão ativado estudou-se o tempo de equilíbrio do carvão ativado comercial e do carvão ativado produzido a partir de aparas de cortiça, seguindo-se o estudo das isotérmicas de adsorção, no qual foram analisados os parâmetros da cor e CQO para cada solução. Os ajustes dos modelos teóricos aos pontos experimentais demonstraram que ambos os modelos (Langmuir e Freundlich) poderiam ser considerados, uma vez que apresentaram ajustes idênticos. Relativamente ao tratamento de adsorção em contínuo do permeado, obtido por UF com membrana de 20.000 MWCO, constatou-se que ambos os carvões ativados (comercial e produzido) não ficaram saturados, tendo em consideração os tempos de saturação estimados pela capacidade máxima de adsorção (determinada para a isotérmica de Langmuir) e as representações gráficas dos valores experimentais obtidos para cada ensaio. No ensaio de adsorção com carvão ativado comercial verificou-se que o efluente tratado poderia ser descarregado no meio hídrico ou reutilizado no processo industrial (considerando os parâmetros analisados), uma vez que até aos 11 minutos de ensaio a concentração da solução à saída foi de 111,50 mg/L O2, para a CQO, e incolor, numa diluição de 1:20. Em relação à adsorção em contínuo com carvão ativado produzido verificou-se no ensaio 4 que o efluente resultante apresentou uma concentração de CQO de 134,5 mg/L O2 e cor não visível, numa diluição de 1:20, ao fim de 1h22 min de ensaio. Assim, concluiu-se que os valores obtidos são inferiores aos valores limite de emissão (VLE) presentes no Decreto-Lei n.º 236/98 de 1 de Agosto. O carvão ativado produzido apresentou elevada área superficial específica, com 870 m2/g, comparativamente ao carvão comercial que foi de 661 m2/g. O processo de extração da suberina a partir de raspa de cortiça isenta de extraíveis, efetuado através da metanólise alcalina, apresentou percentagens de extração superiores aos restantes métodos. No processo efetuado em scale-up, por hidrólise alcalina, obteve-se uma extração de 3,76 % de suberina. A aplicação da suberina no couro demonstrou que esta cera apresenta enormes potencialidades, uma vez que a sua aplicação confere ao couro um aspeto sedoso, com mais brilho e um efeito de “pull-up”.

Biosorption of Cr(III) using in natura and chemically treated tropical peats

The physicochemical characteristics of three Brazilian pears were investigated using elemental analysis, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometry (XRD) and studies of Cr(III) biosorption based on adsorption isotherms. Adsorption of Cr(III) by in natura peat from Santo Amaro das Brotas (Sergipe State) was much greater than by peats from either Ribeirao Preto (São Paulo State) or Itabaiana (Sergipe State), with adsorption capacities (q) of 4.90 +/- 0.01, 1.70 +/- 0.01 and 1.40 +/- 0.01 mgg (1), respectively. Pre-treatments with HCl and NaOH + HCl reduced adsorption by the Santo Amaro clas Brotas peat, showing that adsorption efficiency was associated with the amount of organic matter present. Conversely, increase in the mineral content following pre-treatment increased adsorption of Cr(III) by the Ribeirao Preto and Itabaiana peats. Highest adsorption (retention >95.0%) was achieved at equilibrium pH 4.0 using the Santo Amaro das Brotas peat. Experimental data for the adsorption of Cr(III) from aqueous solution onto this peat were fitted to the Langmuir equation, from which an equilibrium adsorption capacity, q(max), of 5.60 mgg(-1) was obtained, which was close to the experimentally determined value. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Uso de argilominerais e diatomita como adsorvente de fenóis em águas produzidas na indústria de petróleo

The oil production in Brazil has been increasing each year. Consequently, increasing volumes of water produced are generated with large quantities of contaminants, which brings many problems in disposing of these waters. The concern that the concentrations of contaminants in water produced meet existing laws for disposal of effluents, has been extremely important for the development of different techniques for treatment of water produced. The study of clay minerals as adsorbents of organic contaminants has grown considerably so in order to combine the low cost with the efficiency of environmental preservation and health issues. Thus, this study aims to understand the characteristics of vermiculite clay, sodium bentonite, calcium bentonite and diatomite and evaluate their performance as adsorbents for phenol in the water produced. Through adsorption isotherms it was possible to observe the behavior of these adsorptive clay and diatomite for adsorption of phenol, the main phenolic compound found in water produced. Different concentrations of synthetic solutions of phenol were put in touch with these adsorbents under same conditions of agitation and temperature. The adsorbents were composted adsorptive favorable, but the vermiculite and diatomite showed little capacity for absorption, being suggested for absorbs small concentrations of phenol in the balance isothermal

Platinum supported on highly-dispersed ceria on activated carbon for the total oxidation of VOCs

Catalysts consisting in platinum supported on cerium oxide highly dispersed on activated carbon, with a Pt loading of 1 wt.% and ceria loadings of 5, 10 and 20 wt.% have been prepared by impregnation method and characterized by several techniques (N2 adsorption at 77 K, ICP, XRD, H2-TPR and XPS). Their catalytic behavior has been evaluated in the total oxidation of ethanol and toluene after reduction at 473 K. The obtained results show that the prepared catalysts have better performances than platinum supported on bulk CeO2. The best catalytic performance was obtained for 10 wt.% ceria loading, likely due to an optimum synergistic interaction between highly dispersed cerium oxide and platinum particles. Pt-10Ce/C achieves total conversion of ethanol and toluene to CO2 at 433 K and 453 K, respectively, and shows no deactivation during a test for 100 h. Under humid conditions (relative humidity, RH, of 40 and 80%), the activity was only slightly influenced due to the hydrophobic character of the activated carbon support, which prevents the adsorption of water.

High performance of Cu/CeO2-Nb2O5 catalysts for preferential CO oxidation and total combustion of toluene

Copper-based catalysts supported on niobium-doped ceria have been prepared and tested in the preferential oxidation of CO in excess of H2 (PROX) and in total oxidation of toluene. Supports and catalysts have been characterized by several techniques: N2 adsorption, ICP-OES, XRF, XRD, Raman Spectroscopy, SEM, TEM, H2-TPR and XPS, and their catalytic performance has been measured in PROX, with an ideal gas mixture (CO, O2 and H2) with or without CO2 and H2O, and in total oxidation of toluene. The effects of the copper loading and the amount of niobium in the supports have been evaluated. Remarkably, the addition of niobia to the catalysts may improve the catalytic performance in total oxidation of toluene. It allows us to prepare cheaper catalysts (niobia it is far cheaper than ceria) with improved catalytic performance.

Effect of the CeZrNd mixed oxide synthesis method in the catalytic combustion of soot

Ce0.64Zr0.27Nd0.09Oδ mixed oxides have been prepared by three different methods (nitrates calcination, coprecipitation and microemulsion), characterized by N2 adsorption, XRD, H2-TPR, Raman spectroscopy and XPS, and tested for soot combustion in NOx/O2. The catalyst prepared by microemulsion method is the most active one, which is related to its high surface area (147 m2/g) and low crystallite size (6 nm), and the lowest activity was obtained with the catalyst prepared by coprecipitation (74 m2/g; 9 nm). The catalyst prepared by nitrates precursors calcination is slightly less active to that prepared by microemulsion, but the synthesis procedure is very straightforward and surfactants or other chemicals are not required, being very convenient for scaling up and practical utilization. The high activity of the catalyst prepared by nitrates calcination can be attributed to the better introduction of Nd cations into the parent ceria framework than on catalysts prepared by coprecipitation and microemulsion, which promotes the creation of more oxygen vacancies.

BODIPY-Porphyrazin-Hybride als panchromatische Lichtsammelsysteme für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

In farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSC) spielen Chromophore, die als Lichtsammel- und Energie-/Elektronentransfersysteme fungieren, eine zentrale Rolle. Phthalocyanine mit ihren intensiven Absorptionsbanden um 400 nm und 700 nm besitzen großes Potential für die effektive Sensibilisierung von Solarzellen. Trotz ihrer vielversprechenden physikochemischen Eigenschaften und intensiver Bemühungen erreichen Phthalocyanin-sensibilisierte Solarzellen nicht die Effizienzen, die bisher mit anderen Chromophorklassen erzielt werden konnten. In der vorliegenden Dissertation wurde die Entwicklung effizienter Lichtsammelsysteme für DSSC auf der Basis von Aza-substituierten Phthalocyaninen, sogenannten Pyrazinoporphyrazinen, verfolgt. Ein besonderer Fokus lag dabei auf einer Verbesserung der Absorptionseigenschaften der Chromophore im Bereich ihrer intrinsischen Absorptionslücke zwischen den Maxima um 400 nm und 700 nm. Um diese optische Lücke zu schließen wurden komplementär absorbierende BODIPY-Farbstoffe kovalent an synthetisch maßgeschneiderte Porphyrazine gebunden. Insgesamt wurden sechs neue Porphyrazin-Sensibilisatoren synthetisiert und photophysikalisch sowie elektrochemisch charakterisiert. Alle in dieser Arbeit untersuchten Porphyrazine tragen sterisch anspruchsvolle Tri(p-tolyl)propinyl-Gruppen um Agglomerationen zu vermeiden. Darüber hinaus wurden die Porphyrazine peripher entweder mit Hydroxy- oder Carboxygruppen als Bindungsstellen für oxidische Materialien ausgestattet sowie mit sechs BODIPY-Auxiliarfarbstoffen funktionalisiert, deren Substitutionsmuster variiert wurden. Zur Darstellung der komplexen Porphyrazine wurde eine Syntheseroute erarbeitet, die statistische Cyclisierungen unterschiedlicher Dinitril-Vorstufen beinhaltete und es ermöglichte, funktionelle Gruppen erst am vorgeformten Makrocyclus einzuführen. Die photophysikalische Untersuchung der hochfunktionalisierten Farbstoffe erfolgte über UV/Vis- und Fluoreszenzspektroskopie. Im Fall der BODIPY-Porphyrazin-Hybride schließt die zusätzliche Absorptionsbande der peripheren BODIPY-Einheiten die intrinsische Absorptionslücke der Porphyrazine. Die Hybride zeigen somit eine breite Absorption über den gesamten sichtbaren Spektralbereich mit hohen Extinktionskoeffizienten von ca. 4·10^5 M^−1cm^−1. Mittels Fluoreszenz- und Anregungsspektren wurde ein photoinduzierter Energie-transfer von den BODIPY-Einheiten auf den Porphyrazinkern nachgewiesen. Das elektrochemische Verhalten der BODIPY- und Porphyrazin-Verbindungen wurde mittels Cyclo- und Square-Wave-Voltammetrie untersucht. Die Effizienzen der Lichtenergieumwandlung wurden mit Hilfe von selbst-hergestellten und standardisierten farbstoffsensibilisierten Solarzellen bewertet. Alle Solarzellen zeigten eine messbare Photoaktivität unter Bestrahlung. Die Wirkungsgrade der Zellen lagen jedoch alle unter 1 %. Generell führten die Carboxyl-funktionalisierten Porphyrazine zu besseren Wirkungsgraden als die analogen, mit der tripodalen Ankergruppe ausgestatteten Derivate. Die mit Hilfe von Adsorptionsisothermen ermittelten Bindungskonstanten der Adsorption der Farbstoffe auf der TiO2-Oberfläche zeigten, dass beide Hafteinheiten eine feste Verankerung der Chromophore auf den TiO2-Elektroden ermöglichten. Insgesamt wirkte sich die Präsenz der peripheren BODIPY-Farbstoffe positiv auf die Wirkungsgrade der Solarzellen aus, jedoch nur in geringem Maß. Dieses Ergebnis wurde hauptsächlich auf die geringe Energiedifferenz zwischen der Leitungsbandkante des TiO2 und den LUMO-Energieniveaus der Chromophore zurückgeführt. Zusätzlich scheinen konkurrierende Prozesse wie die direkte Photoelektroneninjektion von den BODIPY-Einheiten in das TiO2 eine wichtige Rolle zu spielen. Neben der Anwendung in DSSC wurde die Wechselwirkung der Porphyrazine mit Graphen untersucht. Hierzu wurden A3B-Porphyrazine mit Pyrenyl-Seitenketten ausgestattet, die eine nicht-kovalente Verankerung des Chromophors auf Graphen ermöglichen. UV/Vis- und Fluoreszenzmessungen gaben u.a. erste Hinweise auf eine elektronische Kommunikation zwischen den beiden Hybridpartnern.

Adsorption of CO and N2 on modified transition-metal surfaces

Electron spectroscopic studies clearly demonstrate that modification of the surfaces of Mn, Fe and Ni metals by chlorine significantly decreases the strength of interaction between the metal and adsorbed molecules such as CO and N2. This is in contrast to the effect of electropositive additives such as Ba and Al which increase the adsorption bond strength significantly.