Síntese e processamento de pentóxido de nióbio e óxidos mistos de nióbio e titânio nanoparticulados e estudo de suas propriedades fotocatalíticas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Falk, Gilberto da Silva
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/180557
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017.
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spelling Síntese e processamento de pentóxido de nióbio e óxidos mistos de nióbio e titânio nanoparticulados e estudo de suas propriedades fotocatalíticasCiência dos materiaisEngenharia de materiaisNanopartículasMicroondasFotocatáliseTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017.Neste trabalho, inicialmente, foi realizado um estudo detalhado de uma nova rota de síntese via sol-gel coloidal para a obtenção de Nb2O5 e óxidos mistos de Nb2O5:TiO2. Foram controlados parâmetros como temperatura, relação molar H+:Nb5+, H+:(Nb5+:Ti4+) e Nb5+:H2O para determinar as melhores condições de síntese. Os resultados obtidos indicam que a síntese sol-gel coloidal é um método adequado para a obtenção de Nb2O5 e óxidos mistos (Nb2O5:TiO2) tal como sol nanoparticulado estável ou como pó nanométrico. Nanopartículas amorfas com tamanho médio de 20 nm (Nb2O5) e 10 nm (Nb2O5:TiO2) foram obtidas controlando as variáveis da síntese. O processo de tratamento térmico realizado nas nanopartículas de Nb2O5 promoveu a formação de diferentes fases cristalinas (TT e T) com estrutura pseudohexagonal e ortorrômbica, respectivamente, que a temperaturas mais elevadas se transformam em uma mistura de fases ortorrômbica e monoclínica. No caso dos óxidos mistos (Nb2O5:TiO2), a calcinação entre 650 e 800 ºC levou à formação de diferentes fases cristalinas, entre elas TiNb2O7 como principal. Nos dois óxidos (Nb2O5 e Nb2O5:TiO2), a composição da fase cristalina apresentou influência significativa na atividade fotocatalítica. No caso do Nb2O5 puro, o melhor desempenho fotocatalítico foi observado para o material constituído principalmente pela fase TT-Nb2O5, enquanto que, para o óxido misto, o melhor desempenho é encontrado no material constituído principalmente pela fase monoclínica-TiNb2O7. Em uma segunda etapa do trabalho, a fim de avaliar a influência de diferentes métodos de síntese na obtenção de nanopartículas, um novo método hidrotérmico assistido por micro-ondas foi utilizado para preparar nanopartículas de Nb2O5. Os resultados obtidos indicam que o processo por micro-ondas a 180 °C durante 20 min foi suficiente para obter nanopartículas amorfas com um tamanho médio de 40 nm. As nanopartículas obtidas apresentaram um processo similar de cristalização ao observado nas amostras preparadas pela síntese sol-gel, demonstrando também, nesse caso, que a cristalinidade teve efeito significativo na atividade fotocatalítica do material. Em uma terceira etapa deste trabalho, filmes finos foram preparados pelo método de dip-coating. Experimentos fotocatalíticos confirmaram que os filmes finos constituídos pela fase TT-Nb2O5 são promissores para aplicações como catalisadores imobilizados em reações fotoativas.<br>Abstract : A detailed study of a novel synthesis via colloidal sol-gel route for obtaining nanoparticulate Nb2O5 and mixed oxides Nb2O5: TiO2 was investigated in this work. Parameters such as temperature and H+:Nb5+ and H+:(Nb5+: Ti4+), Nb5+: H2O molar ratio were controlled in order to determine the best synthesis conditions. The obtained results indicate that the colloidal sol-gel synthesis is a good alternative for obtaining Nb2O5 and mixed oxides (Nb2O5: TiO2) either as stable nanoparticulate sol or as a nanosized powder. Amorphous nanoparticles with an average size of 20 nm (Nb2O5) and 10 nm (Nb2O5:TiO2) were produced by controlling the synthesis variables. The heat treatment process performed on Nb2O5 nanoparticles promoted the formation of different crystalline phases (TT and T) with pseudo-hexagonal and orthorhombic structures, respectively, that transform at higher temperatures in a mixture of orthorhombic and monoclinic phases. In the case of mixed oxides (Nb2O5: TiO2), the calcination at temperatures between 650 and 800 ºC, led to the formation of different crystalline phases, among them TiNb2O7 as the major one. In the two systems (Nb2O5 and Nb2O5: TiO2), the crystalline phase composition was found to have a significant influence on the photocatalytic activity. In the case of pure Nb2O5, the best photocatalytic performance was observed for the material mainly constituted by the TT-Nb2O5 phase, whereas for the mixed oxide the best performance was found for the material mainly constituted by the monoclinic-TiNb2O7 phase. In a second stage of the work, in order to evaluate the influence of different synthesis methods in obtaining nanoparticles, a new microwave-assisted hydrothermal method was used to prepare nanoparticles of Nb2O5. The results indicate that the microwave procedure at 180 °C for 20 min was enough to obtain amorphous nanoparticles with average sizes of 40 nm. The nanoparticles produced showed a similar crystallization process to those observed in the samples prepared by the sol-gel synthesis, and also in crystallinity had a significant effect on the photocatalytic activity of the material. In a third stage of this work, thin films were prepared by the dip-coating method. Photocatalytic experiments confirmed that the thin films constituted by the TT-Nb2O5 phase are promising for applications as catalysts immobilized in photoactived reactions.Rodrigues Neto, João BatistaBotella, Rodrigo MorenoUniversidade Federal de Santa CatarinaFalk, Gilberto da Silva2017-10-31T03:19:09Z2017-10-31T03:19:09Z2017info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis144 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf348699https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/180557porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-10-31T03:19:09Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/180557Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732017-10-31T03:19:09Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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