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Síntese e caracterização de TiO2 e aplicação na degradação fotocatalítica do corante amarelo reativo BF-4G

TiO2 has been extensively investigated for the removal of pollutants from the most diverse types of effluents. It is a material that presents several crystalline structures, low toxicity, low cost and good thermal and photochemical stability, with potential for application in heterogeneous photocata...

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Autor principal:	Massaroli, Cristielen Rizzon
Formato:	Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2021
Assuntos:	Catálise heterogênea Dióxido de titânio Corantes Heterogeneous catalyses Titanium dioxide Colorings matter CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24288
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id	riut-1-24288
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spelling	riut-1-242882021-02-20T06:10:23Z Síntese e caracterização de TiO2 e aplicação na degradação fotocatalítica do corante amarelo reativo BF-4G Synthesis and characterization of TiO2 and application in the photocatalytic degradation reaction of BF-4G reactive yellow dye Massaroli, Cristielen Rizzon Brackmann, Rodrigo Ferri, Elídia Aparecida Vetter Brackmann, Rodrigo Ferreira, Edilson da Silva Zatta, Leandro Catálise heterogênea Dióxido de titânio Corantes Heterogeneous catalyses Titanium dioxide Colorings matter CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA TiO2 has been extensively investigated for the removal of pollutants from the most diverse types of effluents. It is a material that presents several crystalline structures, low toxicity, low cost and good thermal and photochemical stability, with potential for application in heterogeneous photocatalysis because it has high capacity of degradation of pollutants in aqueous solutions. TiO2 is found in three different crystalline structures: anatase, rutile and brookita, the first two being the ones with the highest photocatalytic activity. In this sense, the present study had as objective to study the influence of the calcination temperature on the morphological-structural properties of TiO2 and to evaluate its efficiency in the photocatalytic degradation reaction of the BF-4G reactive yellow dye used in the textile industry. TiO2 was synthesized by the polymeric precursor method and calcined at temperatures of 500, 700and 900 ºC. The obtained oxides were characterized by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy with X-ray dispersive energy detectors (SEM-EDS), photoacoustic spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and point of zero charge (PZC).The calcination temperature had a significant influence on the physicochemical properties of TiO2. The increase of the calcination temperature resulted in an increase of the Crystallite size and also of the ratio of the rutile related to the anatase phase. It was found that the temperature of 500 ºC was not high enough to eliminate all of the organic matter present in the precursor polymer of TiO2. The band gap energy values determined for the TiO2 calcined at 500, 700 and 900 ºC were, respectively, 3.0 eV; 2.9 and 3.80 eV; and 3.0 and 3.98 eV. The increase of the calcination temperature resulted in a reduction of the value of the point of zero charge value for TiO2. The morphology of the oxides was characteristic of non - uniform agglomerates of irregular shape. The degradation of the dye was evaluated by photolysis (absence of photocatalyst, only action of ultraviolet radiation), in which 92% discoloration of the synthetic solution occurred in 120 minutes of reaction. Then, the performance of TiO2 calcined at 700 ºC was investigated. The results showed that the adsorption process (absence of ultraviolet radiation, only action of the photocatalyst) was not efficient for the discoloration, resulting in a color reduction of only 13%, however the photocatalytic process (using photocatalyst and ultraviolet radiation) resulted in 98.6% of discoloration after 120 minutes of reaction, characterizing an efficient process of decolorizing of the synthetic solution of the BF-4G reactive yellow dye. A pseudo-first order kinetics model was adequately fitted to the experimental data obtained in this work. O TiO12 tem sido amplamente investigado para a remoção de poluentes dos mais diversos tipos de efluentes. Trata-se de um material que apresenta diversas estruturas cristalinas, reduzida toxicidade, baixo custo e estabilidade térmica e fotoquímica, com potencial para aplicação em fotocatálise heterogênea por possuir alta capacidade de degradação de poluentes em soluções aquosas. O TiO2 é encontrado em três diferentes estruturas cristalinas: anatase, rutilo e bruquita, sendo as duas primeiras as que apresentam maior atividade fotocatalítica. Neste sentido, o presente estudo teve como objetivo estudar a influência da temperatura de calcinação sobre as propriedades morfológico-estruturais do TiO2 e avaliar a sua eficiência na reação de degradação fotocatalítica do corante amarelo reativo BF-4G utilizado na indústria têxtil. O TiO2 foi sintetizado pelo método dos precursores poliméricos e calcinado nas temperaturas de 500, 700 e 900 ºC. Os óxidos obtidos foram caracterizados por difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura com detectores de energia dispersiva de raios X(MEV-EDS), espectroscopia fotoacústica, espectroscopia de infravermelho médio com transformada de Fourier (FTIR) e ponto de carga zero (PCZ). A temperatura de calcinação teve influência significativa nas propriedades físico-químicas do TiO2. O aumento da temperatura de calcinação resultou em um aumento do tamanho de cristalito e também da proporção da fase rutilo em relação à fase anatase. Verificou-se que a temperatura de 500 ºC não foi suficientemente elevada para eliminar a totalidade da matéria orgânica presente no polímero precursor do TiO2. Os valores de energia de band gap determinados para o TiO2 calcinado a 500, 700 e 900 ºC foram, respectivamente, de 3,0 eV; 2,9 e 3,80 eV; e 3,0 e 3,98 eV. O aumento da temperatura de calcinação resultou em uma redução do valor do ponto de carga zero do TiO2. A morfologia dos óxidos foi característica de aglomerados não uniformes e de formato irregular. Avaliou-se a degradação do corante pela fotólise (ausência de fotocatalisador, apenas ação da radiação ultravioleta), em que se verificou 92% de descoloração da solução sintética em 120 minutos de reação. Em seguida, investigou-se a performance do TiO2 sintetizado e calcinado a 700 ºC. Os resultados mostraram que o processo de adsorção (ausência de radiação ultravioleta, apenas ação da presença do fotocatalisador) não foi eficiente para a descoloração, resultando em uma redução de cor de apenas 13%, no entanto o processo fotocatalítico (empregando fotocatalisador e radiação ultravioleta) resultou em uma descoloração de 98,6% em 120 minutos de reação, caracterizando um processo eficiente de descoloração da solução sintética do corante amarelo reativo BF-4G. Um modelo de cinética de pseudo-primeira ordem se ajustou adequadamente aos dados experimentais obtidos nesse trabalho. 2021-02-19T13:13:43Z 2021-02-19T13:13:43Z 2019 bachelorThesis MASSAROLI, Cristielen R. Síntese e caracterização de TiO2 e aplicação na reação de degradação fotocatalítica do corante amarelo reativo BF-4G. 2019. 70f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Química), Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Pato Branco, 2019. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24288 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Pato Branco Brasil Química UTFPR
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description	TiO2 has been extensively investigated for the removal of pollutants from the most diverse types of effluents. It is a material that presents several crystalline structures, low toxicity, low cost and good thermal and photochemical stability, with potential for application in heterogeneous photocatalysis because it has high capacity of degradation of pollutants in aqueous solutions. TiO2 is found in three different crystalline structures: anatase, rutile and brookita, the first two being the ones with the highest photocatalytic activity. In this sense, the present study had as objective to study the influence of the calcination temperature on the morphological-structural properties of TiO2 and to evaluate its efficiency in the photocatalytic degradation reaction of the BF-4G reactive yellow dye used in the textile industry. TiO2 was synthesized by the polymeric precursor method and calcined at temperatures of 500, 700and 900 ºC. The obtained oxides were characterized by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy with X-ray dispersive energy detectors (SEM-EDS), photoacoustic spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and point of zero charge (PZC).The calcination temperature had a significant influence on the physicochemical properties of TiO2. The increase of the calcination temperature resulted in an increase of the Crystallite size and also of the ratio of the rutile related to the anatase phase. It was found that the temperature of 500 ºC was not high enough to eliminate all of the organic matter present in the precursor polymer of TiO2. The band gap energy values determined for the TiO2 calcined at 500, 700 and 900 ºC were, respectively, 3.0 eV; 2.9 and 3.80 eV; and 3.0 and 3.98 eV. The increase of the calcination temperature resulted in a reduction of the value of the point of zero charge value for TiO2. The morphology of the oxides was characteristic of non - uniform agglomerates of irregular shape. The degradation of the dye was evaluated by photolysis (absence of photocatalyst, only action of ultraviolet radiation), in which 92% discoloration of the synthetic solution occurred in 120 minutes of reaction. Then, the performance of TiO2 calcined at 700 ºC was investigated. The results showed that the adsorption process (absence of ultraviolet radiation, only action of the photocatalyst) was not efficient for the discoloration, resulting in a color reduction of only 13%, however the photocatalytic process (using photocatalyst and ultraviolet radiation) resulted in 98.6% of discoloration after 120 minutes of reaction, characterizing an efficient process of decolorizing of the synthetic solution of the BF-4G reactive yellow dye. A pseudo-first order kinetics model was adequately fitted to the experimental data obtained in this work.
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