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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23542
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Desenvolvimento e avaliação de oxo clusters de titânio modificados com cério para degradação de poluentes orgânicos |
Título(s) alternativo(s): | Development and evaluation of cerium-modified titanium oxo clusters for the degradation of organic pollutants |
Autor: | Amaral, Marcelo Victor Cunha do ![]() |
Primeiro orientador: | Lima, Juliana Fonseca de |
Primeiro membro da banca: | Peripolli, Suzana Bottega |
Segundo membro da banca: | Malta, Luiz Fernando Brum |
Resumo: | Os Oxo Clusters de Titânio (TOCs) são compostos moleculares polinucleares, análogos estruturais do TiO2. Além de um variado leque de aplicações, eles podem servir de arcabouços para redes metalorgânicas (MOFs), simular estruturas de TiO2 convencionais, ou até mesmo serem utilizados em aplicações diretas. Esses materiais podem agir como semicondutores convencionais em que, caso fornecida energia na faixa que seja correspondente ao Band Gap do material, há a formação de espécies foto excitadas que compõem o chamado par elétron-buraco (e-; h+), promovendo a existência de sítios redox que permitem que esses materiais sejam utilizados para mediar processos oxidativos avançados. Nesse contexto, é possível que esses materiais sejam aplicados na decomposição de poluentes orgânicos persistentes e tóxicos para a vida marinha visando a descontaminação de corpos d’água poluídos. Frente a isto, foram sintetizados quatro novos TOCs contendo os ligantes: ácido ascórbico (TOC A), ácido benzóico (TOC B) e ácido tereftálico (TOC T e T2). Os TOCs formados foram caracterizados por FTIR, DRX, TGA, MEV, EDS, DRS e submetidos a testes de adsorção e fotocatálise. Os materiais foram sintetizados em meio de misturas de DMF e água/metanol. Pelo FTIR foi possível observar a presença dos ligantes na estrutura dos materiais através da análise de bandas características como C=O, além disso, foi possível determinar o modo de coordenação dos ligantes experimentalmente. As análises de DRX e TGA foram realizadas e comprovaram que os materiais em questão são distintos dos óxidos de Cério e Titânio e por EDS foi confirmada a inserção de Cério nos materiais de forma semiquantitativa. Através do DRS, aplicando o método de Tauc, foi possível determinar os valores de Band Gap: 1,63 eV (TOC A), 1,47 eV (TOC B), 1,72 eV (TOC T) e 1,57 eV (TOC T2). Por fim, através de testes fotocatalicos avaliando a degradação foto assistida do corante azul de metileno, verificou-se que os materiais sintetizados apresentam capacidade de fotocatalisar ou adsorver o corante testado, com destaque para TOC T e TOC T2 com porcentagens de degradação de cerca de 47% e 35% respectivamente. Adicionalmente, observou-se destaque para TOC A no contexto da adsorção do corante com média de 80% de adsorção. Na luz das informações estruturais, morfológicas, ópticas e das performances nos testes fotocatalíticos e de adsorção, foi possível estimar que os TOCs propostos são materiais promissores no contexto da remoção fotocatalítica de poluentes orgânicos de corpos d’água. |
Abstract: | Titanium Oxo Clusters (TOCs) are polynuclear molecular compounds, structural analogs of TiO2. Besides a diverse array of applications, they can serve as a base for metal-organic frameworks (MOFs), simulate conventional TiO2 structures, or are even used in direct applications. These materials can act as conventional semiconductors where given energy corresponding to the material’s Band Gap, photo-excited species are formed, constituting what is called the Electron-Hole Pair (e-; h+), promoting the existence of redox sites that allow these materials to be used to mediate advanced oxidative processes. Therefore, allowing those materials to be applied in the decomposition of persistent and toxic organic pollutants for marine life aiming the decontamination of polluted water bodies. Therefore, four new TOCs containing the ligands: ascorbic acid (TOC A), benzoic acid (TOC B), and terephthalic acid (TOC T and T2) were synthesized. The formed TOCs were characterized by FTIR, XRD, TGA, SEM, EDS, DRS, and subjected to adsorption and photocatalysis tests. The materials were synthesized in mixtures of DMF and water/methanol. FTIR analysis allowed to determine the presence of ligands in the materials' structure through the analysis of characteristic bands such as C=O, additionally, it was possible to determine the coordination mode of the ligands experimentally. XRD and TGA analyses were performed and confirmed that the materials in question are distinct from Cerium and Titanium oxides, and by EDS, the insertion of Cerium in the materials was confirmed semi-quantitatively. Through DRS, applying the Tauc method, it was possible to determine the Band Gap values: 1.63 (TOC A), 1.47 (TOC B), 1.72 (TOC T), and 1.57 (TOC T2). Finally, through photocatalytic tests evaluation the light-driven decomposition of methylene blue dye, it was possible to determine that all materials exhibit photocatalytic activity or adsorptive properties towards the evaluated dye, with TOC T and TOC T2 standing out with decomposition percentages of 44% and 35% respectively. In addition, TOC A stood out as the best adsorptive material with an adsorption percentage of 80%. In the light of the structural, morphological, optical, photocatalytical and adsorption results properties, it was possible to infer that the proposed TOCs are promising materials for the photocatalytical remotion of organic pollutants from water bodies. |
Palavras-chave: | Titânio Óxido de cério Energia solar Fotocatálise Oxo clusters Titanium Cerium Solar energy Photocatalysis Oxo clusters |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA::FOTO-QUIMICA INORGANICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Citação: | AMARAL, Marcelo Victor Cunha do. Desenvolvimento e avaliação de oxo clusters de titânio modificados com cério para degradação de poluentes orgânicos. 2024. 126 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23542 |
Data de defesa: | 29-Mai-2024 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Química |
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