3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight

• Autor(a) principal: Xue, Rita
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/144495
• topic: Macro-architectures; 3D-printing; TiO2 nanopowder; Fe doped TiO2; photocatalysis; pollutant degradation; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais

Neste trabalho, impressão 3D de estruturas com nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) foram testados como fotocatalitos para a purificação da água através da luz solar. Os nanopós aplicados nas estruturas impressas foram sintetizadas através de solução solvoter-mal assistida por radiação micro-ondas, um método rápido e de baixa temperatura compa-rativamente com o método convencional. As estruturas mesoporosas com diferentes dimen-sões e cavidades foram produzidas pela técnica de impressão estereolitográfica. De modo a fornecer propriedades fotocatalíticas, diversos métodos foram implementados com o intuito de introduzir nanopartículas nas estruturas (método micro-ondas, impregnação de pós e a combinação dos dois métodos). Estes compósitos foram posteriormente sujeitos a testes fo-tocatalíticos na degradação da rodamina B através do simulador de luz solar, em que se de-monstrou que o fotocatalito de TiO2 com maior área superficial teve a melhor performance, degradando cerca de 72% em 360 min. Testes de fotocatálise à luz solar natural e testes de reutilização foram posteriormente conduzidos na amostra que obteve melhor resultado. Adicionalmente, com o intuito de aumentar a eficiência da atividade fotocatalítica à luz solar, a dopagem de nanopartículas de TiO2 com ferro a 1%, 2% e 5% foram sintetizadas igualmente com radiação micro-ondas. Como a dopagem a 5% de Fe mostrou baixar o hiato energético de TiO2 de 3.2 eV para 3.0 eV, foi incorporado na estrutura para testes fotocatalí-ticos. As caracterizações estruturais e morfológicas das nanopartículas foram realizadas através de energy dispersive x-ray spectroscopy (SEM), X-ray diffraction (XDR), X-ray photoelec-tron spectroscopy (XPS), enquanto nas estruturas 3D com nanopartículas informação de energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) foi tirada. Adicionalmente, a caracterização ótica foi efetu-ada através de photoluminescence emission (PL) e a reflectância foi obtida para efeitos de cálcu-lo do hiato energético das nanopartículas. Esta abordagem foi desenvolvida como uma alternativa eficaz para a produção de materiais macro porosos com TiO2, dado que a impressão 3D é uma técnica de produção altamente económica, simples, rápida, e versátil nas peças produzidas, o que possibilita a sua utilização em contexto industrial.