Nanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Hostert, Leandro, 1989-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/66234
Resumo: Orientadora: Prof.a Dr.a Elisa S. Orth
id UFPR_958b0155c7426fe722bda07242e96fd7
oai_identifier_str oai:acervodigital.ufpr.br:1884/66234
network_acronym_str UFPR
network_name_str Repositório Institucional da UFPR
repository_id_str 308
spelling Hostert, Leandro, 1989-Orth, Elisa SouzaZarbin, Aldo José Gorgatti, 1968-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química2021-12-14T10:34:24Z2021-12-14T10:34:24Z2019https://hdl.handle.net/1884/66234Orientadora: Prof.a Dr.a Elisa S. OrthCoorientador: Prof. Dr. Aldo J. G. ZarbinTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 10/10/2019Inclui referênciasResumo: Atualmente dois importantes fatores que limitam o desenvolvimento sustentável do Brasil são o uso excessivo de agrotóxicos e o baixo uso de energias renováveis. Assim, o presente trabalho foca no desenvolvimento de nanocatalisadores na forma de filme fino para as seguintes aplicações: degradação dos organofosforados e sua detecção por efeito SERS (espalhamento Raman intensificado por superfície), geração de hidrogênio (H2) pela hidrólise do borohidreto de sódio e pelas reações de evolução de hidrogênio (REH) e oxigênio (REO). A síntese dos nanocatalisadores derivados do óxido de grafeno (GO) funcionalizado por duas abordagens: covalente e não covalente. A primeira foi baseada na síntese do GO funcionalizado com grupos imidazol (GOIMZ) e ácidos hidroxâmicos (GOHD), ancorados diretamente nos grupos carboxilatos. Essa rota utilizou 1-etil-3-(3- dimetilaminopropil) carbodiimida (EDC) e N-hidroxisuccinamida (NHS) como reagentes de acoplamento. A funcionalização desses materiais foi confirmada por diversas técnicas de caracterização, como espectroscopia no infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia Raman. Os nanocompósitos foram sintetizados utilizando o óxido de grafeno reduzido (rGO) com nanopartículas de prata (Ag) ou hidróxido (Ni(OH)2) ou níquel metálico (Ni) levando a rGO/Ag, rGO/Ni(OH)2 e rGO/Ni. A degradação dos organofosforados foi realizada utilizando: GOIMZ, GOHD, rGO/Ag e rGO/Ni na degradação do dietil 2,4-dinitrofenil fosfato (DEDNPP) e apresentaram elevada atividade catalítica com incrementos catalíticos na ordem de 106. Devido à elevada reatividades GOIMZ e GOHD também foram aplicados na degradação do pesticida dimetil 4-nitrofenil fosfato (Paraoxon) apresentando incrementos catalíticos na ordem de 108. O 4-nitrofenol (PNP) produto da degradação do Paraoxon foi objeto de estudo por efeito SERS para sensoriamento com o nanocompósito de óxido de grafeno reduzido funcionalizado com cisteamina com nanopartículas de Ag (rGOSHAg) e um substrato comercial para SERS (SERSTrate). O estudo de sensoriamento indicou sensibilidades na ordem de 10-6 mol L-1. Outro foco do trabalho foi aplicação dos nanocompósitos na hidrólise do borohidreto de sódio para geração de H2 e na eletrólise da água para reações de REH e REO. O primeiro obteve elevados volumes de H2 em até 30 minutos, sendo o material de rGO/Ni o que apresentou os melhores resultados. Os materiais apresentaram taxa de produção (OP) que considera o volume de H2 gerado em um determinado tempo dividido pela massa de catalisador na ordem de 3,0 x104 mL min-1 g-1. Além da elevada reatividade os materiais puderam ser reutilizados por até 10 vezes sem perda significativa da atividade catalítica.O trabalho apresentou uma estratégia para o "design" de nanocatalisadores para a degradação de organofosforados e produção de H2. Palavras-chave: Funcionalização Covalente. Funcionalização Não-covalente. Funcionalização do Grafeno. Reações de Desfosforilação. SERS.Abstract: Currently two important factors limit the sustainable development of Brazil the excessive use of pesticides and the low use of renewable energy. Thus, the present work focuses on the development of thin film nanocatalysts for the following applications: degradation of organophosphates and their detection by SERS effect (Surface Intensified Raman Scattering), hydrogen (H2) generation by sodium borohydride hydrolysis and evolution reactions of hydrogen (HER) and oxygen (OER). The functionalization of graphene oxide (GO) were carried out by two approaches: covalent and noncovalent. The first was based on the synthesis of functionalized GO with imidazole (GOIMZ) and hydroxamic acid (GOHD) groups, anchored directly on the carboxylate groups. This route used 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinamide (NHS) as coupling reagents. The functionalization was confirmed by several characterization techniques, such as infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy. Nanocomposites were synthesized using reduced graphene oxide (rGO) with silver (Ag), nickel hydroxide (Ni(OH)2) or metallic nickel (Ni) nanoparticles leading to rGO/Ag, rGO/Ni (OH)2 and rGO/Ni. Organophosphate degradation was performed using: GOIMZ, GOHD, rGO/Ag and rGO/Ni with diethyl 2,4-dinitrophenyl phosphate (DEDNPP) showed a high activity with catalytic increments in the order of 106. Due to the high reactivity GOIMZ and GOHD were also applied in the degradation of the pesticide dimethyl 4-nitrophenyl phosphate (Paraoxon) with catalytic increments in the order of 108. The 4-nitrophenol (PNP) degradation product of Paraoxon was studied by SERS effect for sensing with nanocomposite, the film functionalized by cysteamine with reduced graphene oxide with Ag nanoparticles (rGOSHAg) and a commercial substrate for SERS (SERSTrate). The sensing study indicated sensitivities in the order of 10-6 mol L-1. Another focus of the work was the application of nanocomposites for H2 generation by the sodium borohydride hydrolysis and water electrolysis. The first obtained high volumes of H2 within 30 minutes, and the rGO/Ni presented the best results. The materials presented production rate (OP) that considers the volume of H2 generated in a given time divided by the catalyst mass in order of 3.0 x104 mL min-1 g-1. In addition to the high reactivity the materials could be reused for up to 10 times without significant loss of catalytic activity. The work presented a strategy for the design of nanocatalysts for organophosphate degradation and H2 production. Keywords: Covalent Functionalization. Non-covalent Functionalization. Graphene Functionalization. Dephosphorylation Reactions. SERS.174 p. : PDF.application/pdfFilmes finosPesticidasCarbonoCompostos organofosforadosHidrogenioQuímicaNanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênioinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - LEANDRO HOSTERT.pdfapplication/pdf14396168https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/66234/1/R%20-%20T%20-%20LEANDRO%20HOSTERT.pdf40bfb24cb7c243b5b0da36af1afbf02dMD51open access1884/662342021-12-14 07:34:24.304open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/66234Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-12-14T10:34:24Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Nanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênio
title Nanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênio
spellingShingle Nanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênio
Hostert, Leandro, 1989-
Filmes finos
Pesticidas
Carbono
Compostos organofosforados
Hidrogenio
Química
title_short Nanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênio
title_full Nanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênio
title_fullStr Nanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênio
title_full_unstemmed Nanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênio
title_sort Nanocatalisadores baseados em filmes finos derivados de grafeno : da degradação de pesticidas à geração de hidrogênio
author Hostert, Leandro, 1989-
author_facet Hostert, Leandro, 1989-
author_role author
dc.contributor.other.pt_BR.fl_str_mv Orth, Elisa Souza
Zarbin, Aldo José Gorgatti, 1968-
Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química
dc.contributor.author.fl_str_mv Hostert, Leandro, 1989-
dc.subject.por.fl_str_mv Filmes finos
Pesticidas
Carbono
Compostos organofosforados
Hidrogenio
Química
topic Filmes finos
Pesticidas
Carbono
Compostos organofosforados
Hidrogenio
Química
description Orientadora: Prof.a Dr.a Elisa S. Orth
publishDate 2019
dc.date.issued.fl_str_mv 2019
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2021-12-14T10:34:24Z
dc.date.available.fl_str_mv 2021-12-14T10:34:24Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1884/66234
url https://hdl.handle.net/1884/66234
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 174 p. : PDF.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFPR
instname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron:UFPR
instname_str Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron_str UFPR
institution UFPR
reponame_str Repositório Institucional da UFPR
collection Repositório Institucional da UFPR
bitstream.url.fl_str_mv https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/66234/1/R%20-%20T%20-%20LEANDRO%20HOSTERT.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 40bfb24cb7c243b5b0da36af1afbf02d
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1813898766832369664

Registros relacionados