Materiais multifuncionais envolvendo ZrO2 puro ou em sistemas core@shell para remediação ambiental e produção de biodiesel
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19130 |
Resumo: | The growth of environmental problems has triggered the pursuit of clean and renewable energetic solutions as well as the development of methodologies for waste treatment. This work aims to apply pure and core@shell systems based ZrO2 properties on biodiesel synthesis, adsorption and photodegradation of organic pollutants, the materials were employed as heterogeneous photocatalyst for transesterification reaction, as photocatalyst for organic dyes degradation and also as adsorptive material for waste treatment and pigments formation. Modified Pechini method was employed for zirconia and core@shell systems synthesis. Samples obtained were submitted to structural, electronic and catalytic properties characterization. Tetragonal and monoclinic phases of ZrO2 were obtained at 600ºC and 1000ºC, respectively, and were evaluated as catalysts for transesterification reactions, in a Parr reactor employing ethylic route with soybean oil, optimizing time and temperature reaction. Zirconia is not catalytic effective, but sulfated samples reached 95% of soybean conversion into ethylic esters. On the other hand, aiming to combine magnetic and photocatalytic properties, core@shell systems with (CoMn)Fe2O4 nanoparticles as core and different ratios of ZrO2 and TiO2 as shells were synthesized. Besides employing an unusual methodology for obtainment of core@shell systems, the novelty of this work is also the use of an intermediate shell of ZrO2 in order to reduce electronic interaction between (CoMn)Fe2O4 and TiO2. Decolorization reaction, through photocatalysis or adsorption tests were perfomed under stirring in a quartz reactor with low power UVC lamps (λ = 254 nm, 9 W), and photocatalytic or adsorption efficiency were evaluated for different reaction times and different kinds of dyes, namely remazol golden yellow (RNL) and methylene blue (MB). Photocatalytic products were analysed with UV-Vis spectroscopy, used to monitor dye solution concentration after different times of irradiation. ZrO2 synthesized and calcined at 600°C, with majority of tetragonal phase, reached the highest adsorptive ability with decolorization of MB solution (initial concentration 10 mg.L-1 ) after 16 h of adsorption test, reaching 15 mg.g-1 of adsorptive ability. The formation of a stable pigment was identified, with the adsorption of the dye to the catalyst surface Photocatalytic activity of core@shell systems were related to TiO2 content, with the best results obtained for samples containing an intermediate shell of ZrO2, reaching 96% decolorization of MB solution with 85% TiO2 sample. |
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Materiais multifuncionais envolvendo ZrO2 puro ou em sistemas core@shell para remediação ambiental e produção de biodieselZrO2Core@shellMagnetismoTiO2PechiniCatáliseBiodieselFotocatáliseAdsorçãoCatalysisPhotocatalysisCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAThe growth of environmental problems has triggered the pursuit of clean and renewable energetic solutions as well as the development of methodologies for waste treatment. This work aims to apply pure and core@shell systems based ZrO2 properties on biodiesel synthesis, adsorption and photodegradation of organic pollutants, the materials were employed as heterogeneous photocatalyst for transesterification reaction, as photocatalyst for organic dyes degradation and also as adsorptive material for waste treatment and pigments formation. Modified Pechini method was employed for zirconia and core@shell systems synthesis. Samples obtained were submitted to structural, electronic and catalytic properties characterization. Tetragonal and monoclinic phases of ZrO2 were obtained at 600ºC and 1000ºC, respectively, and were evaluated as catalysts for transesterification reactions, in a Parr reactor employing ethylic route with soybean oil, optimizing time and temperature reaction. Zirconia is not catalytic effective, but sulfated samples reached 95% of soybean conversion into ethylic esters. On the other hand, aiming to combine magnetic and photocatalytic properties, core@shell systems with (CoMn)Fe2O4 nanoparticles as core and different ratios of ZrO2 and TiO2 as shells were synthesized. Besides employing an unusual methodology for obtainment of core@shell systems, the novelty of this work is also the use of an intermediate shell of ZrO2 in order to reduce electronic interaction between (CoMn)Fe2O4 and TiO2. Decolorization reaction, through photocatalysis or adsorption tests were perfomed under stirring in a quartz reactor with low power UVC lamps (λ = 254 nm, 9 W), and photocatalytic or adsorption efficiency were evaluated for different reaction times and different kinds of dyes, namely remazol golden yellow (RNL) and methylene blue (MB). Photocatalytic products were analysed with UV-Vis spectroscopy, used to monitor dye solution concentration after different times of irradiation. ZrO2 synthesized and calcined at 600°C, with majority of tetragonal phase, reached the highest adsorptive ability with decolorization of MB solution (initial concentration 10 mg.L-1 ) after 16 h of adsorption test, reaching 15 mg.g-1 of adsorptive ability. The formation of a stable pigment was identified, with the adsorption of the dye to the catalyst surface Photocatalytic activity of core@shell systems were related to TiO2 content, with the best results obtained for samples containing an intermediate shell of ZrO2, reaching 96% decolorization of MB solution with 85% TiO2 sample.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA ameaça da qualidade de vida no planeta, e os crescentes impactos ambientais tem motivado a busca por soluções energéticas limpas e renováveis, além da necessidade do controle e tratamento de resíduos poluentes gerados na obtenção de muitos produtos. Este trabalho tem como objetivo estudar as propriedades encontradas no ZrO2 puro e nos sistemas core@shell, como alternativa para a produção de biodiesel, adsorção e fotodegradação de poluentes orgânicos, sendo aplicado como catalisador heterogêneo na reação de transesterificação, como fotocatalisador para degradação de corantes orgânicos e como material adsorvente para o tratamento de resíduos e formação de pigmentos. Para a síntese da zircônia e dos sistemas core@shell, foi adotado o método Pechini modificado, seguindo com caracterizações estruturais, eletrônicas e aplicações sugeridas. As fases tetragonal e monoclínica do ZrO2 obtidas a 600ºC e 1000ºC, respectivamente, foram testadas como catalisadores nas reações de transesterificação, em reator Parr utilizando rota etílica com óleo de soja, otimizando tempo e temperatura das reações. A zircônia não apresentou eficiência catalítica na reação de transesterificação para produção de biodiesel, no entanto, após a modificação ocasionada com o processo de sulfatação dessas amostras, foi observada a redução significativa da viscosidade dos produtos obtidos e conversões acima de 90%, do óleo de soja em ésteres etílicos. Com a finalidade de combinar as propriedades magnéticas do (CoMn)Fe2O4 e fotocatalítica do ZrO2 e TiO2, novos materiais multifuncionais com sistemas core@shell foram formados com nanopartículas de (CoMn)Fe2O4 compondo o core e diferentes proporções de ZrO2 e TiO2, compondo as camadas. Além de utilizar um método de síntese pouco utilizado para a formação desse sistema, a inovação do presente trabalho também foi baseada na formação da camada intermediária composta por ZrO2, com a finalidade de minimizar a interação eletrônica entre (CoMn)Fe2O4 e TiO2. Os testes de descoloração por adsorção ou fotodegradação foram realizados em batelada sob agitação em reator de quartzo, com retenção de luz ou com irradiação UVC, utilizando lâmpadas (λ = 254 nm) de baixa potência (9 W), avaliando o comportamento adsortivo ou fotocatalítico variando tempo de reação e tipo de corante, utilizando soluções dos corantes aniônico amarelo ouro remazol (RNL) e catiônico azul de metileno (MB). O ZrO2 calcinado a 600 ºC com predominância da fase tetragonal, apresentou maior capacidade adsortiva com os testes utilizando o corante catiônico azul de metileno e irradiação UVC, atingindo capacidade adsortiva de 15 mg.g-1 , após descolorir toda solução do corante (10 mg.L-1 ) em 16h de teste, sendo obtido um pigmento estável em decorrência da adsorção do corante à superfície do material. Utilizando o mesmo corante catiônico, foi observada a maior atividade fotocatalítica para todos os sistemas core@shell com camada intermediária de ZrO2, se comparado aos sistemas com monocamada de TiO2 ou ZrO2, atingindo percentuais de descoloração de até 96 % após 16 h de irradiação UVC, utilizando a amostra com 85% de TiO2.Universidade Federal da ParaíbaBrasilQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBSantos, Iêda Maria Garcia doshttp://lattes.cnpq.br/7060067415685353Fonseca, Maria Gardênnia dahttp://lattes.cnpq.br/2093374695102177Neris, Alex de Meireles2021-01-04T18:32:28Z2019-10-222021-01-04T18:32:28Z2019-09-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19130porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2021-01-05T06:15:20Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/19130Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2021-01-05T06:15:20Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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