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Geração de hidrogênio concomitante à degradação do glifosato por fotoeletrocatálise e fotocatálise

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Santos, Tarcísio Leite dos
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Mestrado em Agroquímica
Centro de Ciências Exatas, Naturais e da Saúde
UFES
Programa de Pós-Graduação em Agroquímica
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/17056
Resumo: The increasingly apparent demand for energy, the increase in atmospheric pollution and the needs for renewable fuels have led to an increase in research and development of technologies aimed at generating clean and renewable energy. In front of this scenario, hydrogen is an attractive possibility. The photoelectrocatalysis or photocatalysis technique has been widely used in the degradation and treatment of pollutants. However, using of this technique aiming at the production of hydrogen gas in parallel with decontamination is still little studied. For the application of these techniques, there are nanoparticles. The study of production and characterization of nanostructured materials has been one of the most attractive topics among research related to materials science, due to the possibilities of improving the various properties that nanostructured materials can have in comparison to materials obtained by conventional processes. This work developed and evaluated a photocatalytic and photoelectrocatalytic system to produce hydrogen gas using nanostructured semiconductors. Simultaneously, the degradation of glyphosate, an herbicide that has been commonly found in surface waters of several countries, was evaluated. Artificial light was used for conversion into hydrogen gas through the cleavage of water, by absorption of photons by semiconductor materials. For this, a reactor with a capacity of 250 mL and a quartz window for lighting was used. Irradiation occurred in photoanodes formed by semiconductor films deposited on conductive glass containing fluorine-doped tin oxide (FTO). The FTO coating was carried out with the following nanomaterials and order of deposition: WOx/Fe3O4, Fe3O4/WOx, Fe3O4/TiO2, TiO2/Fe3O4, WOx/TiO2, TiO2/WOx. A 99.9% pure platinum (Pt) plate was used as the counter electrode, in addition to a mercury vapor lamp as the irradiation source. The results showed the heterojunction involving WOX/TiO2 presented greater photoactivity, both in the photoelectrocatalysis and in the photocatalysis, resulting in an efficiency of conversion of solar energy into hydrogen of approximately 0.0468% and 0.0179%, respectively. Significant values, if compared to isolated semiconductors. There was an increase in the electrical conductivity of the solution after the glyphosate herbicide degradation tests. The solution, when the TiO2/Fe3O4 film was used, had its conductivity increased from 20,721 μS.cm-1 to 24,135 μS.cm-1 , indicating that the Fe3O4 nanoparticles caused an improvement in the absorbance in the visible light region, and consequently, they produced more free radicals, which degraded glyphosate generating, among some ions, phosphate. In photoelectrocatalysis it was possible to obtain more than 5% of phosphate ions, comparing the initial availability with what remained in the solution after 120 minutes. In terms of generated hydrogen, it was possible to obtain 51.7 µmol and 20.31 µmol, in photoelectrocatalysis and photocatalysis, respectively, using WOx/TiO2 film, demonstrating that the application of an external potential makes the water photolysis process more efficient.
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The study of production and characterization of nanostructured materials has been one of the most attractive topics among research related to materials science, due to the possibilities of improving the various properties that nanostructured materials can have in comparison to materials obtained by conventional processes. This work developed and evaluated a photocatalytic and photoelectrocatalytic system to produce hydrogen gas using nanostructured semiconductors. Simultaneously, the degradation of glyphosate, an herbicide that has been commonly found in surface waters of several countries, was evaluated. Artificial light was used for conversion into hydrogen gas through the cleavage of water, by absorption of photons by semiconductor materials. For this, a reactor with a capacity of 250 mL and a quartz window for lighting was used. Irradiation occurred in photoanodes formed by semiconductor films deposited on conductive glass containing fluorine-doped tin oxide (FTO). The FTO coating was carried out with the following nanomaterials and order of deposition: WOx/Fe3O4, Fe3O4/WOx, Fe3O4/TiO2, TiO2/Fe3O4, WOx/TiO2, TiO2/WOx. A 99.9% pure platinum (Pt) plate was used as the counter electrode, in addition to a mercury vapor lamp as the irradiation source. The results showed the heterojunction involving WOX/TiO2 presented greater photoactivity, both in the photoelectrocatalysis and in the photocatalysis, resulting in an efficiency of conversion of solar energy into hydrogen of approximately 0.0468% and 0.0179%, respectively. Significant values, if compared to isolated semiconductors. There was an increase in the electrical conductivity of the solution after the glyphosate herbicide degradation tests. The solution, when the TiO2/Fe3O4 film was used, had its conductivity increased from 20,721 μS.cm-1 to 24,135 μS.cm-1 , indicating that the Fe3O4 nanoparticles caused an improvement in the absorbance in the visible light region, and consequently, they produced more free radicals, which degraded glyphosate generating, among some ions, phosphate. In photoelectrocatalysis it was possible to obtain more than 5% of phosphate ions, comparing the initial availability with what remained in the solution after 120 minutes. In terms of generated hydrogen, it was possible to obtain 51.7 µmol and 20.31 µmol, in photoelectrocatalysis and photocatalysis, respectively, using WOx/TiO2 film, demonstrating that the application of an external potential makes the water photolysis process more efficient.A demanda de energia cada vez mais aparente, o aumento da poluição atmosférica e a necessidade de combustíveis renováveis provocaram um aumento nas pesquisas e no desenvolvimento de tecnologias direcionadas a geração de energia limpa e renovável. Diante desse cenário, o hidrogênio é uma possibilidade atrativa. A técnica de fotoeletrocatálise ou fotocatálise tem sido largamente empregada na degradação e tratamento de poluentes. No entanto, a utilização dessa técnica visando à produção de gás hidrogênio paralelamente à descontaminação ainda é pouco estudada. Para aplicação destas técnicas, estão as nanopartículas. O estudo da produção e caracterização de materiais nanoestruturados tem sido um dos temas mais atraentes dentre as pesquisas relacionadas à ciência dos materiais, devido às possibilidades de melhoria das diversas propriedades que os materiais nanoestruturados podem ter em comparação aos materiais obtidos pelos processos convencionais. Este trabalho desenvolveu e avaliou um sistema fotocatalítico e fotoeletrocatalítico para a produção de gás hidrogênio, utilizando semicondutores nanoestruturados. Simultaneamente, foi avaliado a degradação do glifosato, herbicida que tem sido encontrado comumente em águas superficiais de vários países. Foi utilizada luz artificial para conversão em gás hidrogênio através da clivagem da água, pela absorção de fótons por materiais semicondutores. Para isso, foi utilizado um reator, com capacidade para 250 mL, e janela de quartzo para a iluminação. A irradiação ocorreu em fotoanodos formados por filmes dos semicondutores depositados em vidro condutor contendo óxido estanho dopado com flúor (FTO). O revestimento do FTO foi realizado com os seguintes nanomateriais e ordem de deposição: WOx/Fe3O4, Fe3O4/WOx, Fe3O4/TiO2, TiO2/Fe3O4, WOx/TiO2, TiO2/WOx. Utilizou-se placa de platina (Pt) de pureza de 99,9% como contra eletrodo, além de uma lâmpada de vapor de mercúrio como fonte de irradiação. Os resultados mostraram que a heterojunção envolvendo WOX/TiO2 apresentou maior fotoatividade, tanto na fotoeletrocatálise quanto na fotocatálise, acarretando uma eficiência de conversão de energia solar em hidrogênio de aproximadamente 0,0468% e 0,0179%, respectivamente. Valores significativos, se comparados aos semicondutores isolados. Verificou-se aumento da condutividade elétrica da solução após os testes de degradação do herbicida glifosato. A solução, quando se usou o filme TiO2/Fe3O4, teve sua condutividade aumentada de 20.721 μS.cm-1 para 24.135 μS.cm-1 , indicando que as nanopartículas de Fe3O4 provocaram uma melhora na absorbância na região da luz visível, e consequentemente produziram mais radicais livres, que degradaram o glifosato gerando, entre alguns íons, o fosfato. Na fotoeletrocatálise foi possível obter mais que 5% de íons fosfatos, comparando a disponibilidade inicial, com o que restou na solução no tempo de 120min. Em termos de hidrogênio gerado, foi possível obter 51,7 µmol e 20,31 µmol, na fotoeletrocatálise e na fotocatálise, respectivamente, utilizando filme de WOx/TiO2 demonstrando que a aplicação de um potencial externo, torna o processo de fotólise da água mais eficiente.A demanda de energia cada vez mais aparente, o aumento da poluição atmosférica e a necessidade de combustíveis renováveis provocaram um aumento nas pesquisas e no desenvolvimento de tecnologias direcionadas a geração de energia limpa e renovável. Diante desse cenário, o hidrogênio é uma possibilidade atrativa. A técnica de fotoeletrocatálise ou fotocatálise tem sido largamente empregada na degradação e tratamento de poluentes. No entanto, a utilização dessa técnica visando à produção de gás hidrogênio paralelamente à descontaminação ainda é pouco estudada. Para aplicação destas técnicas, estão as nanopartículas. O estudo da produção e caracterização de materiais nanoestruturados tem sido um dos temas mais atraentes dentre as pesquisas relacionadas à ciência dos materiais, devido às possibilidades de melhoria das diversas propriedades que os materiais nanoestruturados podem ter em comparação aos materiais obtidos pelos processos convencionais. Este trabalho desenvolveu e avaliou um sistema fotocatalítico e fotoeletrocatalítico para a produção de gás hidrogênio, utilizando semicondutores nanoestruturados. Simultaneamente, foi avaliado a degradação do glifosato, herbicida que tem sido encontrado comumente em águas superficiais de vários países. Foi utilizada luz artificial para conversão em gás hidrogênio através da clivagem da água, pela absorção de fótons por materiais semicondutores. Para isso, foi utilizado um reator, com capacidade para 250 mL, e janela de quartzo para a iluminação. 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A solução, quando se usou o filme TiO2/Fe3O4, teve sua condutividade aumentada de 20.721 μS.cm-1 para 24.135 μS.cm-1 , indicando que as nanopartículas de Fe3O4 provocaram uma melhora na absorbância na região da luz visível, e consequentemente produziram mais radicais livres, que degradaram o glifosato gerando, entre alguns íons, o fosfato. Na fotoeletrocatálise foi possível obter mais que 5% de íons fosfatos, comparando a disponibilidade inicial, com o que restou na solução no tempo de 120min. Em termos de hidrogênio gerado, foi possível obter 51,7 µmol e 20,31 µmol, na fotoeletrocatálise e na fotocatálise, respectivamente, utilizando filme de WOx/TiO2 demonstrando que a aplicação de um potencial externo, torna o processo de fotólise da água mais eficiente.Universidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em AgroquímicaCentro de Ciências Exatas, Naturais e da SaúdeUFESPrograma de Pós-Graduação em AgroquímicaMarques, Fabielle Castelanhttps://orcid.org/0000-0002-5440-3417http://lattes.cnpq.br/0930538143260576https://orcid.org/0000-0002-6085-4281http://lattes.cnpq.br/3449318832942907Oliveira, Carlos Henrique Rodrigues dehttps://orcid.org/0000-0003-4829-8005http://lattes.cnpq.br/1293627013882628Costa, Rafael de OliveiraSantos, Tarcísio Leite dos2024-05-30T01:42:14Z2024-05-30T01:42:14Z2023-06-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/17056porporinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2024-12-03T21:55:20Zoai:repositorio.ufes.br:10/17056Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082024-12-03T21:55:20Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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