Estudo da fotodegradação dos corantes reactive black 5, azul de metileno e cristal violeta por irradiação no visível utilizando catalisadores plasmônicos híbridos nanoestruturados

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Santos, Patrícia Barros
• Orientador(a): Andrade, Gustavo Fernandes Souza
• Banca de defesa: Polo, André Sarto , Valsecchi, Chiara , Costa, Luiz Antonio Sodré , Oliveira, Marcone Augusto Leal de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Química
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Fotocatálise; Plasmônica; SERS; Corantes; DFT; Photocatalysis; Plasmonics; Dyes
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11918

O presente trabalho de doutorado foi dedicado ao estudo de novos fotocatalisadores plasmônicos nanoestruturados e sua aplicação em processos de fotodegradação de corantes orgânicos, utilizando irradiação no visível. Foi realizada a síntese de nanopartículas plasmônicas de prata (AgNP), bimetálicas (Au@Ag) e de Cobre (CuNP), bem como o óxido de Zinco (ZnO). Os catalisadores híbridos metal-semicondutor, foram obtidos através da associação das nanopartículas metálicas com ZnO (NP/ZnO) e pentóxido de nióbio comercial (NP/Nb2O5). A caracterização dos fotocatalisadores foi realizada através das técnicas de espectroscopia Raman, UV-VIS, DRX de policristais, MEV e potencial-ξ. Os processos de fotodegradação foram realizados em um reator labmade, contendo solução de corante (1,0×10- 5 mol L-1 ), que foi irradiada utilizando lâmpada de LED branca (15 W) e ∕ ou incandescente (100 W) como fontes de irradiação no visível. O fotocatalisador Ag/ZnO do tipo A, foi aplicado na fotodegradação no visível do corante Reactive Black 5, sob incidência de lâmpada incandescente de filamento de tungstênio. O processo foi monitorado através de espectroscopia eletrônica no UV-VIS, espectroscopia vibracional Raman ressonante (RR) e intensificada por superfície (SERS), sendo possível observar mudanças espectrais relacionadas à possível formação de intermediários e produtos. O catalisador plasmônico apresentou desempenho fotocatalítico 40% maior do que o óxido semicondutor puro, promovendo uma fotodegradação 57% mais rápida, indicando a influência do metal plasmônico na melhor eficiência do processo. A Química computacional, através do método DFT, foi utilizada no estudo do equilíbrio azohidrazo do RB5 e na proposta do mecanismo de degradação do corante, assistido por radicais hidroxila. Os resultados teórico-experimentais indicaram predominância da forma hidrazo em solução. O mecanismo proposto indicou favorecimento ao ataque C-N, na região do equilíbr io azo-hidrazo, originando um perfil de curva de energia favorável termodinamicamente e cineticamente. Catalisadores Ag/ZnO (Tipo B) com três diferentes concentrações de AgNP foram aplicados na fotodegradação dos corantes RB5 (aniônico), Azul de Metileno e Cristal Violeta (ambos catiônicos), sob incidência de lâmpada de LED. O potencial-ξ dos catalisadores indicou carga superficial negativa para todas as amostras. Os catalisadores foram ineficientes na fotodegradação do corante RB5. Para os corantes catiônicos, por outro lado, o catalisador com menor concentração de AgNP (B210) apresentou eficiência 10% (AM) e 29% (CV) maior do que na presença de ZnO puro, comprovando a influência do metal plasmônico na intensificação da fotodegradação no visível. O monitoramento dos processos utilizando espectros UV-VIS e SERS apresentou mudanças estruturais mais significativas nos processos envolvendo o corante CV. Através de ajustes cinéticos de pseudo-primeira ordem, concluiu-se que a fotocatálise plasmônica do corante CV foi 87% mais rápida, quando comparada com o processo na presença de ZnO puro.