Estudo da relação de ordem-desordem estrutural em nanopartículas de TiO2

Pós-graduação em Química - IQ

Preparação, caracterização e estudo da eficiência na fotodegradação e adsorção de Rodamina B de heteroestruturas de TiO2/α-Fe2O3

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da radioatividade natural em tintas de uso comercial no Brasil

A radioatividade natural presente em solos, rochas e materiais de construção, devida ao 40K e às séries radioativas do 232Th e 238U é a principal contribuição à exposição externa aos seres humanos. Neste trabalho, determinou-se as concentrações de atividade de 226Ra (da série do 238U), 232Th e 40K presentes em 50 amostras de tintas látex de cor branca comercializadas no Brasil, especificamente, 15 do tipo econômico, 15 do tipo standard, 20 do tipo premium e em uma amostra de dióxido de titânio. As amostras foram seladas e armazenadas por um período mínimo de 30 dias para se alcançar o equilíbrio radioativo secular nas séries do 238U e do 232Th e medidas pela técnica analítica de espectrometria gama de alta resolução. As concentrações de atividade foram calculadas utilizando-se as médias ponderadas pelas incertezas do 214Pb e 214Bi para o 226Ra e médias ponderadas pelas incertezas do 228Ac, 212Pb e 212Bi para o 232Th. A concentração de atividade do 40K foi determinada pela sua transição única de 1460,8 keV. Fatores de autoatenuação gama foram calculados e utilizados para correção da concentração de atividade das amostras com densidade maior que 1,0 g.cm-3. Os índices radiológicos equivalente em rádio (Raeq), índice de concentração de atividade (Iγ), índice de risco à exposição gama interna (Hin), o índice de risco à exposição gama externa (Hex) e a taxa de dose (D) e dose efetiva anual (Def) foram calculados a partir das concentrações de atividade do 226Ra, 232Th e 40K. As concentrações de atividade de 226Ra das tintas variaram entre valores abaixo da atividade mínima detectável e 38,7 Bq.kg-1, as de 232Th variaram entre valores abaixo da atividade mínima detectável e 101,2 Bq.kg-1 e as de 40K variaram entre valores abaixo da atividade mínima detectável e 256 Bq.kg-1. O Raeq variou entre 1,41 Bq.kg-1 e 203 Bq.kg-1, o Iγ variou entre 0,0047 e 0,720, o Hin variou entre 0,0076 e 0,653 e o Hex variou entre 0,0038 e 0,549. A taxa de dose variou de 0,170 nGy.h-1 a 21,3 nGy.h-1 e a dose efetiva anual variou entre 0,83 μSv.a-1 e 104,2 μSv.a-1. Estes resultados mostram que as concentrações de atividades das tintas utilizadas neste estudo estão abaixo dos limites recomendados por Hassan et al. para Raeq (370 Bq.kg-1), pela Comissão Européia para o Iγ (limite de 2 para materiais superficiais) e pela Organização para Cooperação Econômica e Desenvolvimento para Hin e para Hex (ambos com limite de 1), para todas as 50 amostras estudadas, mostrando assim a segurança destas tintas com relação a proteção radiológica.

Argamassas de auto-limpeza : da formulação às aplicações

Atualmente assiste-se a um grave problema de salubridade visual das cidades, designadamente no espaço edificado/ construído. A sujidade é uma ameaça que, junto com os graffitis, tem contribuído para a degradação precoce dos espaços urbanos. A fim de se enfrentar este problema, que tem vindo a proliferar nas cidades, um pouco por todo o mundo, a presente dissertação de mestrado ambiciona contribuir para a sistematização da informação existente sobre a produção e caracterização de argamassas de auto-limpeza. As argamassas de auto-limpeza são produzidas por uma de duas formas: com a adição de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) na sua matriz ou com a aplicação de um filme fino à base de TiO2 na sua superfície. Esta segunda é apontada como a técnica mais eficaz e económica. Salienta-se o facto do TiO2 ser um dos nanomateriais mais utilizados na construção pelas suas propriedades fotocatalíticas que o capacitam como um dos mais exímios fotocatalisadores, aquando da fotocatálise heterogénea. É graças ao processo de fotodegradação química da fotocatálise, que na presença de luz solar e da ação da água, que o TiO2 é ativado, desencadeando reações químicas que aumentam a eficácia e eficiência fotocatalítica. Analisou-se um conjunto de trabalhos de investigação recentes que comprovam que o uso das argamassas de auto-limpeza é adequado e benéfico em intervenções em edifícios novos como em obras de conservação e reabilitação de edifícios antigos. Além de reduzirem os investimentos em obras de limpeza, manutenção/conservação e reabilitação, prolongam a conservação das fachadas e melhoram os níveis da qualidade do ar. Apesar do crescente número de patentes pedidas e concedidas nesta área, as normas aplicáveis ainda não se encontram uniformizadas. Nesse sentido, a experiência do Japão deve ser tida como exemplo para que os restantes países desenvolvam de forma consensual as suas próprias normas e patentes, permitindo, futuramente, conferir maior credibilidade, segurança no uso dos nanomateriais e uma maior permeabilidade no setor da construção. Elencam-se alguns nano-produtos à base de nano TiO2 comercializados que têm vindo a ser aplicados sobretudo na China, Japão e na Alemanha.

Degradação de paracetamol empregando tecnologia oxidativa avançada baseada em fotocatálise heterogênea usando irradiação artificial e solar

In this work, the oxidation and mineralization of paracetamol, based in an advanced oxidative process promoted by heterogeneous photocatalysis, was evaluated. The action of two photocatalysts (titanium dioxide, and a composite based on the association between titanium dioxide and zinc phthalocyanine dye) was studied. First of all, experiments in laboratory scale were performed using as radiation font a 400 W high pressure mercury lamp. The mineralization of paracetamol, promoted by both photocatalysts, was evaluated working with 4L of solution containing 10 mg L-1 of paracetamol and 100 mg L-1 of photocatalyst. To find the best experimental conditions, the influence of hydrogen peroxide concentration and pH was evaluated for the reactions. The best results for the reactions in laboratory scale was obtained using 33,00 mg L-1 of hydrogen peroxide in natural pH (6,80). Under these conditions, 100% oxidation was reached in just 40 minutes of reaction using TiO2 P25, while the mineralization was 78%. Using the composite, the mineralization was 63% in 2 hours of reaction and a oxidation of almost 100% was reached after 60 minutes. A CPC reactor (compound parabolic concentrator) was employed in the expanded work scale, using the sun as irradiation source. In this case the experiments were performed using 50 L of aqueous solution containing 10 mg L-1 of paracetamol and 100 mg L-1 of photocatalyst. The assays were done at pH 3,00 and natural pH (6,80). The used concentration of hydrogen peroxide was 33,00 mg L-1, adopted after laboratory scale studies. The reaction at pH 3,00 shows to be more advantageous, since under natural pH (6,80), the use of deionized water was necessary to prepare the solutions, probably because the deleterious action of carbonate ions, known hydroxyl radical scavengers. Using solar irradiation, the reaction mediated by the composite was more efficient when compared with the assays under laboratory scale since the composite presents the advantage of promoting a better use of visible radiation. Under these conditions, the mineralization increased from 40% to 56% under pH 3,00. At natural pH the oxidation occurred more slowly and the mineralization decreased from 56% to 50%. Thus, the use of pH 3,00 will be more interesting in real scale applications, even if it is necessary the pH correction before the discard of the treated effluent to the environment.

Caracterização e avaliação da atividade fotocatalítica de catalisadores baseados no TiO2, sintetizados mediante hidrólise em uma mistura de solventes

This study involved the synthesis of photocatalysts based on titanium dioxide (TiO2). The photocatalysts were synthesized by the sol-gel method using three different proportions of acetone (25%, 50% and 75% v/v) in water/acetone mixtures, in order to control the hydrolysis of the precursor of titanium (titanium tetraisopropoxide). Aiming to investigate the structural, morphological and electronic changes provoked by the use of the solvent mixtures, different methodologies were used to characterize the oxides, such as X-ray diffraction (XRD), RAMAN spectroscopy, UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy, and measurements of specific surface area (BET). XRD combined to RAMAN analyses revealed that the products are two-phase highly crystalline oxides involving anatase as main phase and brookite. Besides, the refined XRD using the method of Rietveld demonstrated that the presence of acetone during the synthesis influenced in the composition of the crystalline phases, increasing the proportion of the brookite phase between 13 and 22%. The band gap energy of these oxides practically did not suffer changes as function of the synthesis conditions. As shown by the isotherm, these photocatalysts are mesoporous materials with mean diameter of pores of 7 nm and approximately 20% of porosity. The surface area of the oxides prepared by hydrolysis in presence of acetone was 12% higher compared to the bare oxide. After characterized, these oxides had their photocatalytic activities evaluated by photodegradation of the azo dyes Ponceau 4R (P4R), Tartrazine (TTZ) and Reactive Red 120 (RR120), and also by the ability to mediate the photocatalytic production of hydrogen. Using the most efficient photocatalyst, the mineralization achieved for the dyes P4R, RR120 and TTZ was of respectively 83%, 79% and 56% in 120 minutes of reaction, while the discoloration of P4R e RR120 reached 100% and 94% for TTZ. In addition, the same photocatalyst in the presence of 0.5% w/w of Platinum and suspended in a 5:1 v/v water/methanol mixture, produced 56 mmol of gaseous hydrogen in five hours of experiment, corresponding to a specific rate of hydrogen production of 139.5 mmol h-1 g-1.

Desenvolvimento de processos oxidativos avançados para degradação de agrotóxicos em meio aquoso

Atualmente há uma crescente preocupação quanto à qualidade dos recursos hídricos, e essa notória inquietação se deve em parte ao aumento na demanda e consumo de água a nível global, uma vez que o crescimento econômico, juntamente com o desenvolvimento tecnológico, agrícola e industrial conduz a poluição ambiental. Neste contexto, os agrotóxicos, apresentam um alto fator de risco para a qualidade dos recursos hídricos, pois essas substâncias geralmente são tóxicas e não biodegradáveis. Diante deste cenário, um dos maiores desafios nos dias atuais é a eliminação de uma parte significativa, dessa poluição, a qual é causada por esses contaminantes orgânicos tóxicos. O processo clássico de oxidação biológica falha na eliminação de compostos tóxicos, bem como de contaminantes orgânicos recalcitrantes. Além disso, os processos físico-químicos, como a adsorção em carvão ativado, floculação, e a filtração por membranas, apenas transferem esses contaminantes de fase, sem que ocorra a sua destruição. Sendo assim, surge a necessidade da adoção de técnicas que possam ser destrutivas a essas espécies. Os Processos Oxidativos Avançados, surgem como um caminho alternativo para diminuir e eliminar os resíduos desses contaminantes orgânicos. Por tanto, tiveram-se como objetivos neste trabalho: (i) desenvolver e otimizar um processo Fenton empregando ferro zero e peróxido de hidrogênio (Fe0 /H2O2) (ii) utilizar como fonte de ferro zero para o processo Fenton limalha de ferro, a qual é um resíduo da atividade metalúrgica na cidade de Rio Grande (iii) otimizar o tempo de reação (TR) e tempo de homogeneização (TH) para a Fotocatálise Heterogênea empregando um catalisador de sílica dopada com dióxido de titânio e dicloreto de tris (2,2-bipiridina) rutênio II (iv) desenvolver um método cromatográfico empregando LC-DAD para realizar o monitoramento da degradação dos agrotóxicos (v) empregar a LC-MS/MS para confirmar a degradação dos agrotóxicos e monitorar a formação de produtos (vi) empregar IC para monitorar a formação de espécies iônicas (vii) realizar a determinação de COT para estimar a mineralização do carbono orgânico dissolvido. Para tanto, um total de seis agrotóxicos foram selecionados para a o estudo de degradação: bentazona, carbofurano, clomazona, diurom, tebuconazole e piraclostrobina. O sistema Fe0 /H2O2 desenvolvido para a degradação dos agrotóxicos mostrou ser eficiente. A eficiência de degradação foi fortemente afetada pelo pH, massa de limalha de ferro e concentração de peróxido de hidrogênio. As melhores condições para a degradação foram: pH 2,0, 5 mmol L-1 H2O2 e 2,0 g de limalha de ferro. No tempo total de 20 min o carbono orgânico total foi reduzido levando a mineralização de 55%, com taxas de degradação que variaram de 51 a 100%. A utilização de recirculação no sistema Fe0 /H2O2 elevou a taxa de degradação dos agrotóxicos bentazona e carbofurano. As taxas variaram de 93 a 100% de degradação, com um tempo total de reação de 120 min, chegando a 63% de mineralização. O sistema TiO2/UV também mostrou-se adequado a degradação dos agrotóxicos. As condições ótimas foram 20 mg de catalisador, pH 7, TH de 15 min e TR de 110 min. O sistema apresentou taxas de degradação que variaram de 71 a 99,98%. Levando a mineralização de 97,60% da demanda de carbono orgânico.

Filmes de nanopartículas de TiO2 e óxido de grafeno para fotocatálise

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2016.

O tratamento convencional coagulação/floculação na remoção de nanopartículas metálicas

Dissertação de Mestrado, Engenharia do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas de tiO2, e aplicação em nanocompósito

In recent decades have seen a sharp growth in the study area of nanoscience and nanotechnology and is included in this area, the study of nanocomposites with self-cleaning properties. Since titanium dioxide (TiO2) has high photocatalytic activity and also antimicrobial, self-cleaning surfaces in your application has been explored. In this study a comparison was made between two synthesis routes to obtain TiO2 nanoparticles by hydrothermal method assisted by microwave. And after analysis of XRD and SEM was considered the best material for use in nanocomposites. It was deposited nanocomposite film of poly (dimethyl siloxane) (PDMS) with 0.5, 1, 1.5 and 2% by weight of nanoparticles of titanium dioxide (TiO2) by the spraying method. The nanocomposite was diluted with hexane and the suspension was deposited onto glass substrate, followed by curing in an oven with forced air circulation. The photocatalytic activity of the nanocomposite impregnated with methylene blue was evaluated by UV- vis spectroscopy from the intensity variation of absorption main peak at 660nm with time of exposure to the UV chamber. Changes in the contact angle and microhardness were analyzed before and after UV aging test. The effect of ultraviolet radiation on the chemical structure of the PDMS matrix was evaluated by spectrophotometry Fourier transform infrared (FTIR).The results indicated that the addition of TiO2 nanoparticles in the coating PDMS gave high photocatalytic activity in the decomposition of methylene blue, an important characteristic for the development of self-cleaning coatings

Modelagem dos processos de remoção sulfato e dióxido de enxofre presente no particulado em diferentes localidades da região metropolitana de São Paulo

This article deals with the scavenging processes modeling of the particulate sulfate and the gas sulfur dioxide, emphasizing the synoptic conditions at different sampling sites in order to verify the domination of the in-cloud or below-cloud scavenging processes in the Metropolitan Area of São Paulo (RMSP). Three sampling sites were chosen: GV (Granja Viana) at RMSP surroundings, IAG-USP and Mackenzie (RMSP center). Basing on synoptic conditions, it was chosen a group of events where the numerical modeling, a simple scavenging model, was used. These synoptic conditions were usually convective cloud storms, which are usual at RMSP. The results show that the in-cloud processes were dominant (80%) for sulfate/sulfur dioxide scavenging processes, with below-cloud process indicating around 20% of the total. Clearly convective events, with total rainfall higher than 20 mm, are better modeled than the stratiform events, with correlation coefficient of 0.92. There is also a clear association with events presenting higher rainfall amount and the ratio between modeled and observed data set with correlation coefficient of 0.63. Additionally, the suburb sampling site, GV, as expected due to the pollution source distance, presents in general smaller amount of rainwater sulfate (modeled and observed) than the center sampling site, Mackenzie, where the characterization event explains partially the rainfall concentration differences.

Estudo da viabilidade de um processo de captura do dióxido de carbono emitido em gases de combustão

O presente trabalho descreve o estudo da viabilidade económica de implementar um processo de absorção química com monoetanolamina (MEA) numa central termoeléctrica, visando a captura de CO2 dos gases de exaustão da mesma, dado que na indústria, o sector de produção de energia eléctrica é o principal responsável pela emissão de CO2 para a atmosfera. A central em foco foi a TER (Central Termoeléctrica do Ribatejo) devido à quantidade de gases emitidos e ao teor em CO2 dos mesmos, além de ser a responsável por cerca de 18% da energia eléctrica em Portugal. O processo em causa ocorre em pós-combustão, dado tratar-se de uma central já existente, e engloba a absorção química com MEA, seguida de stripping, com remoção do CO2 e recirculação da MEA. Este sistema foi testado recorrendo a um modelo de simulação desenvolvido por T. Greer, na sua tese de mestrado ao tema “Modeling and simulation of post combustion CO2 capturing” com base em Matlab. De acordo com o disposto sobre o Comércio Europeu de Licenças de Emissão (CELE), para o período de 2008-2012, foi atribuído à TER um limite de emissão de 1.423.103 ton CO2/ano. Sendo esta responsável pela emissão anual de cerca de 2X106 toneladas, determinou-se um encargo de 17.277.000 € anuais por incumprimento. Os custos de implementação deste processo estimam-se, para um período de amortização de 5 anos, em 6.546.758€, e permitiria a captação de 78,7% do CO2 emitido. As taxas respeitantes ao incumprimento ficariam reduzidas a 13.597.020€; o que significa que, com a implementação desta tecnologia, se conseguirá uma economia de: 17.277.000 - 13.597.020 = 3.679.980 €/ano. Estes valores foram calculados de acordo com o valor cotado da tonelada de CO2 para 2008 de 30 euros/ton. No período de amortização considerado, 5 anos, obtém-se uma economia de 18.399.900 €, sendo possível amortizar totalmente o investimento efectuado com a unidade de captura de CO2 sendo economicamente viável a sua implementação.

Estudo da solubilidade de diferentes corantes têxteis em dióxido de carbono supercrítico

Utilizando um método de medida dinâmico, determinou-se experimentalmente a solubilidade de corantes têxteis em CO2 supercrítico, para pressões entre 120 bar (12MPa) a 400 bar (40 MPa) e temperaturas de 60°C (333.2K) a 120°C (393.2K). O equipamento utilizado consiste em 3 secções distintas: zona de compressão, zona de equilíbrio e zona de expansão. Dos resultados obtidos para as isotérmicas, verificou-se que a solubilidade aumenta com o incremento da pressão. Em relação à influência da temperatura, constatou-se que as pressões mais baixas os corantes apresentam uma diminuição na solubilidade em CO2 supercrítico com o incremento da temperatura, no entanto, a partir de uma determinada pressão (cerca de 225bar), quanto maior a temperatura de estudo, maior a solubilidade dos compostos. Obtiveram-se valores de solubilidade na ordem dos 2,9x10-6 a 2,9x10-4 para o Quinizarina com uma reprodutibilidade média de ±3,3%, de 1,4x10-6 a 3,2x10-4 para o Red 9 com uma reprodutibilidade média de ±2,5% de 7,8x10-8 a 2,2x10-5 para o Blue 14 com uma reprodutibilidade média de ±3,0% e finalmente de 6,63x10-8 a 4,9x10-7 para o Blue 1, com uma reprodutibilidade média de ±4,5%. A comparação com os resultados experimentais da bibliografia permitiu verificar a actual discrepância de valores existentes para estes corantes e a importância de novos resultados e mais rigorosos, com o objectivo de analisar os métodos de determinação de solubilidade em fluidos supercríticos. Após a análise dos resultados obtidos, foi efectuada a modelação dos mesmos recorrendo a modelos semi-empíricos, verificando-se que o modelo mais adequado ao corante Quinizarina é o modelo de Bartle et al, para o qual se obteve um desvio relativo médio percentual (AARD) de 2,94%. Relativamente ao corante Red 9 e Blue 14, o modelo que melhor define o comportamento de Chrastil, obtendo-se um AARD de 0,870% e o 1,47% respectivamente, enquanto que para o Blue 1 é o modelo de Kummar e Jonhson, com um AARD de 0,218%. Além da modelação efectuada, foram ainda determinados os valores de entalpias de vaporização e solvatação para os diferentes compostos.

Bioatividade da quinoxalina 1,4-dióxido e seus derivados

O objetivo deste estudo consiste em avaliar a atividade antimicrobiana da quinoxalina 1,4-dióxido e alguns dos seus derivados em estirpes bacterianas e leveduras. Os compostos estudados foram a quinoxalina 1,4-dióxido (QNX), 2-metilquinoxalina-1,4-dióxido (2MQNX), 2-metil-3-Benzoilquinoxalina-1,4-dióxido (2M3BenzoilQNX), 2-metil-3-benzilquinoxalina-1,4-dióxido (2M3BQNX), 2-amino-3-cianoquinoxalina-1,4-dióxido (2A3CQNX), 3-metil-2-quinoxalinacarboxamida-1,4-dióxido (3M2QNXC), 2-hidroxifenazina–N-dióxido (2HF) e 3-metil-N-(2-metilphenil)quinoxalinacarboxamida-1,4-dioxido (3MN(2MF)QNXC). Os modelos procariotas selecionados para este estudo foram o Staphylococcus aureus ATCC 6538, Staphylococcus aureus ATCC 6538P, Staphylococcus aureus ATCC 29213, Escherichia coli ATCC 25922, Escherichia coli S3R9, Escherichia coli S3R22, Escherichia coli TEM CTX-M9, Escherichia coli TEM-1, Escherichia coli AmpC MOX-2, Escherichia coli CTX-M2 e Escherichia coli CTX-M9. A Candida albicans ATCC 10231 e a Saccharomyces cerevisiae PYCC 4072 constituíram os modelos eucariotas deste estudo. Para os compostos químicos que apresentem atividade pelo método de difusão em disco, será determinada a Concentração Mínima Inibitória (CMI), bem como a viabilidade e o crescimento (na presença e na ausência dos compostos químicos). Os resultados deste estudo mostram atividade antimicrobiana para a maioria dos compostos estudados em todos os modelos procariotas Gram negativos, à exceção da E.coli CTX-M2 e CTX-M9 e nenhuma atividade nos modelos eucariotas. O estudo da viabilidade/curvas de morte em bactérias e num modelo eucariota (S.cerevisiae) sugerem que alguns destes compostos constituem potenciais drogas para a quimioterapia antibacteriana.

Os efeitos do aumento das concentrações de dióxido de carbono e da turbulência na diatomácea, Chaetoceros sp.

Dissertação de Mestrado em Gestão e Conservação da Natureza.