Estudo da aplicabilidade de diferentes semicondutores baseados em ferritas magnéticas na degradação de poluentes emergentes

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Benetti, Caroline Nocêra
• Orientador(a): Tiburtius, Elaine Regina Lopes
• Banca de defesa: Castro, Eryza Guimarães de , Rodrigues, Márcio Barreto , Pinheiro, Luís Antônio , Campos, Sandro Xavier de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual de Ponta Grossa
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Química
• Departamento: Departamento de Química
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Fotocatálise Heterogênea; Ferritas magnéticas; Nitreto de Carbono Grafítico; Biochar; Heterojunções; Oxidantes; Processos Oxidativos Avançados
• Área do conhecimento CNPq: Química
• Link de acesso: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4608

O aumento de poluentes orgânicos emergentes vem crescendo nos últimos anos e formas de tratamento são cada vez mais necessárias para remediação. Recentemente, uma alternativa tem sido os Processos Oxidativos Avançados, por exemplo, a fotocatálise heterogênea que utiliza materiais como semicondutores, visando aumentar a eficiência de degradação de poluentes orgânicos. O presente trabalho mostra estudos de síntese e caracterização de diferentes semicondutores na degradação do corante Tartrazina e Cafeína, utilizando estudos de atividade fotocatalítica de diferentes semicondutores, como os espinélios de Ferro (NiFe2O4, CuFe2O4 e MnFe2O4) obtidos pelo método de co-precipitação. Outro semicondutor também caracterizado e avaliado quanto à sua atividade fotocatalítica foi o g-CNx sendo esse obtido pelo método da condensação térmica. Dos semicondutores, foram avaliados a composição, estrutura e morfologia foram avaliadas por meio de técnicas de DRX, FTIR, MEV- FEG, FRX, UV-Vis, CLAE. Os fotocatalisadores sintetizados foram aplicados na degradação do corante modelo Tartrazina, enquanto apenas o material obtido por meio da formação de heterojunção foi empregado na degradação da cafeína, contaminante amplamente utilizado como marcador de poluição em corpos hídricos. A avaliação da eficiência fotocatalítica foi realizada por meio do monitoramento dos espectros de absorção na região do UV-Vis (λ = 430 nm para a Tartrazina e λ = 260 nm), sendo a análise da cafeína complementada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), com detecção a 273 nm. Entre as ferritas, a que se mostrou mais eficiente foi a de níquel, sendo essa a escolhida para otimização do processo através do planejamento fatorial de experimentos. Os resultados nas condições ótimas mostraram alta porcentagem de degradação para o corante, 95,58% e 89,08% em 430 nm e 260 nm, correspondente aos grupamentos azo e grupos aromáticos, respectivamente. O semicondutor g-CNx também apresentou alta taxa de degradação. Desta forma, a fim de se obter um material com boa atividade fotocatalítica, avaliou-se o desempenho de heterojunções de NiFe2O4/g-CNx e NiFe2O4/ biochar, em diferentes proporções. A técnica utilizada para obtenção da heterojunção foi a de agregação pela diferença de cargas superficiais. Os resultados mostraram que a heterojunção mais eficiente foi com a proporção 75:25% NiFe2O4/g-CNx em 30 minutos de reação em pH 6-7. As porcentagens de degradação foram 99,65% em 430 nm e 90,33% em 260 nm. E para a heterojunção com biochar, obteve- se uma alta absorção do contaminante, cerca de 85%. Ainda com objetivo de diminuir o tempo gasto de energia requerida no processo, diferentes oxidantes foram empregados no meio reacional, o peróxido de hidrogênio e o persulfato de sódio, onde obteve-se em 20 minutos de reação alta taxa de remoção do corante Tartrazina, cerca de 99%. Após os experimentos para avaliar a eficiência na degradação do corante, foram realizados estudos cinéticos das reações, ensaios de fotólise, adsorção e reutilização dos semicondutores. O reuso é facilitado pelas propriedades magnéticas presentes na ferrita de níquel. Assim, observou-se alta taxa de remoção mesmo após quatro ciclos. Analisando o uso dos oxidantes foi possível obter uma energia elétrica requerida menor na presença desses, acarretando menor custo de energia. O uso da lâmpada de LED em comparação à lâmpada de vapor de mercúrio mostrou uma porcentagem de degradação próxima, no entanto o custo de energia com a lâmpada de LED foi consideravelmente menor. Desta forma, os resultados mostraram que esses catalisadores vêm como alternativa à demanda de energia e uso de energias renováveis contribuindo com o desenvolvimento de processos de tratamento mais sustentáveis.