Estudo da atividade fotocatalítica de filmes de TiO₂ dopados com enxofre

Abstract

Agradeço à minha família, a quem dedico esse trabalho, que me apoiou incondicionalmente, pelo carinho, esforço, dedicação e compreensão ao longo desta caminhada. Agradeço à minha orientadora, Prof.ª Dr.ª Marina Fuser Pillis, pela contribuição cientifica, amizade e, principalmente, pela confiança, paciência e incentivo a pesquisa, ajudando-me a organizar as ideias com coerência. Aos meus colegas de laboratório, pela amizade, incentivo e divertidos momentos de discussão acadêmica, especialmente ao Olandir Vercino Correa, pelo apoio, companhia e pelo conhecimento compartilhado durante todo o projeto. Agradeço a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa de estudo concedida. Agradeço aos colaboradores do CCTM-IPEN Rene Ramos de Oliveira e Marcos Yovanovich, pela realização das análises de DRX; a Glauson Aparecido Ferreira Machado pela realização das análises de MEV-FEG; a Sandra Maria Cunha pela realização das análises de FTIR. A Prof.ª Dr.ª Denise Freitas Siqueira Petri, e sua aluna Karina Pandelo, do Instituto de Química da USP, pelo auxílio na realização das medidas de ângulo de contato. Ao Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) e a responsável do laboratório, Bruna Massucato, pela realização das análises de XPS. Agradeço, por fim, aos professores, funcionários e ao Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP) da USP como um todo pela oportunidade proporcionada, estimulando o meu desenvolvimento intelectual, profissional e humano. "É o grau de comprometimento que determina o sucesso, não o número de seguidores."-J. K. Rowling (Prof. Remo J. Lupin-Harry Potter e as Relíquias da Morte) RESUMO BENTO, Rodrigo. T. Estudo da atividade fotocatalítica de filmes de TiO 2 dopados com enxofre. 2018. 113 p. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear)-Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-IPEN-CNEN/SP. São Paulo. O presente trabalho teve como objetivos o estudo das propriedades nanoestruturais, características morfológicas e avaliação do comportamento fotocatalítico de filmes de dióxido de titânio dopados com enxofre. Os filmes de TiO 2 foram crescidos sobre borossilicato, por meio da técnica de MOCVD, na temperatura de 400 °C. O processo de dopagem com enxofre deu-se a partir do tratamento termoquímico de sulfetação, realizado sob atmosfera de H 2 / 2%v. H 2 S, nas temperaturas de 50 °C, 100 °C e 150 °C, o que resultou em teores de S de 8 at.%, 3 at.% e 0,2 at.%, respectivamente. A degradação do corante alaranjado de metila foi utilizada para avaliar a atividade fotocatalítica dos filmes sob radiação ultravioleta e visível. Todos os filmes exibiram a formação da fase anatase, compostos por grãos bem definidos, e estrutura colunar densificada. Foi observada a formação de grupos SO 4 2na superfície dos filmes dopados, indicando a substituição dos íons Ti 4+ pelo cátion S 6+ , e a formação da ligação Ti-O-S nos filmes. Os testes de degradação indicaram que os filmes de S-TiO 2 apresentam atividade fotocatalítica tanto sob radiação UV, quanto em luz visível. ...

Síntese e caracterização de filmes nanocompósitos de TiO>sub<2>/sub</C para aplicações fotocatalíticas

“…A qualidade da água depende da proteção adequada do manancial, do tratamento utilizado e da manutenção adequada do sistema de distribuição 38 . A poluição da água devido a compostos orgânicos descartados de maneira inadequada nos lagos, rios e mares continua a ser um grave problema ambiental e público 10,39 . O rápido crescimento industrial e o aumento global da população são fatores que contribuem para a escassez de água e sua poluição, o que tem provocado uma grande preocupação para a comunidade científica, bem como para a indústria e para os governos locais 40 .…”

“…Os POAs são processos físico-químicos caracterizados pela formação in situ de radicais livres altamente ativos capazes de degradar poluentes orgânicos como, por exemplo, os radicais superóxidos (O2 • , E 0 = 0,3~1,2 eV), os radicais sulfato (SO4 •-, E 0 = 2,5~3,1 V) e, principalmente, os radicais hidroxila (HO • , E 0 = 1,8~2,8 V) 42,46 . Radicais livres são espécies (átomos ou moléculas) transitórias que apresentam elétrons instáveis e reativos na sua órbita externa 10 .…”

“…A fotocatálise homogênea constitui outra classe de POA amplamente estudada no campo da descontaminação de água 50 . No entanto, um sistema heterogêneo apresenta como uma das principais vantagens a possibilidade de reutilização do catalisador, mantendo as reações oxirredutoras pelo tempo em que o material se mantiver ativo 10,48 . Estudos recentes direcionados à fotocatálise heterogênea 15,41,48 demonstraram o potencial do uso de semicondutores no processo de tratamento e purificação da água e do ar.…”

“…Os materiais classificados como semicondutores são aqueles que apresentam características elétricas intermediárias entre os materiais condutores e isolantes 10,55 , com resistividade elétrica na faixa de 10 -2 ~ 10 -9  cm 55 . Tais propriedades de mobilidade eletrônica tornam os semicondutores materiais potencialmente aplicáveis na construção de dispositivos eletrônicos, bem como em processos fotocatalíticos.…”

“…Dentre os materiais semicondutores mais empregados em processos fotocatalíticos, o dióxido de titânio (TiO2) tem sido amplamente investigado como um fotocatalisador promissor na remoção de contaminantes orgânicos da água e do ar 9,10 . A estrutura cristalina do TiO2 tem grande influência nas suas propriedades fotocatalíticas.…”