Avaliação fotocatalítica e fotoeletroquímica do NB2O5 decorado com prata e potencial degradação de corante reativo
dc.contributor.advisor | Nascimento, José Heriberto Oliveira do | |
dc.contributor.advisor-co1 | Santos, Elisama Vieira dos | |
dc.contributor.advisor-co1ID | https://orcid.org/0000-0003-2189-5694 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8117747568545202 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0001-6804-2854 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/7033735079037677 | pt_BR |
dc.contributor.author | Ferreira, Myllena Kely Pereira | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/6002504302207735 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Cardozo, Jussara Câmara | |
dc.contributor.referees2 | Fechine, Pierre Basilio Almeida | |
dc.date.accessioned | 2024-12-04T19:33:03Z | |
dc.date.available | 2024-12-04T19:33:03Z | |
dc.date.issued | 2024-08-30 | |
dc.description.abstract | Water contamination due to the improper release of dye residues can result in irreparable effects on human life and the environment. Especially synthetic dyes with azo groups, due to their toxicity and carcinogenicity. Conventional methods are ineffective for removing this pollutant. Alternatively, POAs are promising and effective methodologies for removing these organic pollutants from wastewater. For example, photocatalytic degradation using semiconductors is considered an ecological and economical alternative for the mineralization of dyes. In addition, photoelectrocatalysis is also emerging as an alternative process that can be integrated into wastewater treatment, allowing for the simultaneous generation of an alternative source of energy, which is green hydrogen. Among semiconductors, niobium oxide stands out as the most widely available semiconductor in Brazil. Despite its many advantages, Nb2O5, the most thermodynamically stable state of the niobium-oxygen system, has a narrow light absorption range and is mainly activated by ultraviolet radiation. The aim of this work was to prepare heterostructured niobium oxide semiconductors with silver nanoparticles (Ag) for photocatalytic application in the degradation of the reactive blue dye 109 and photoelectrochemical studies for possible photoelectrocatalytic applications. Nb2O5was obtained using the Pechini methodology and the heterostructures were obtained by chemically reducing the mineral salt AgNO3 in different proportions, corresponding to the composites 21Nb2O5/Ag and 32Nb2O5/Ag. The synthesized materials were characterized using XRD, FTIR, DRS UV-Vis, SEM, HRTEM and XPS. The photocatalytic tests were carried out using a lamp that simulates the solar spectrum and the degradation efficiency was investigated using UV-Vis. The orthorhombic crystal structure of Nb2O5, as well as the formation of metallic Ag on its surface was confirmed, especially in 32Nb2O5/Ag. In addition, the morphology revealed particles of irregular size and shape, agglomerated and with an interconnected structure. After 120 minutes, 32Nb2O5/Ag showed significantly better photocatalytic performance than Nb2O5 with approximately 94% removal of the dye at a concentration of 5 mg L-¹, compared to only 9% obtained by Nb2O5. Following this result, the influence of dye concentration, the amount of catalyst and pH variation were also investigated. The photoelectrochemical responses were obtained by CV, LSV, chronoamperometry, EIS and Mott-Schottky curves, by depositing the materials on an ITO plate using thedip-coating method. The photocurrent results and the efficiency of the charge transfer carriers of the heterostructures were superior to Nb2O5. These results suggest that the Ag nanoparticle decorations carried out on Nb2O5 have extended its use, making it a promising material for photocatalytic and photoelectrocatalytic applications. | pt_BR |
dc.description.resumo | A contaminação da água pela liberação inadequada de resíduos de corantes pode resultar em efeitos irreparáveis para a vida humana e para o meio ambiente. Especialmente os corantes sintéticos com grupos azo, devido a sua toxicidade e carcinogenicidade. Os métodos convencionais são ineficazes para a remoção desse poluente. Alternativamente, os POAs são metodologias promissoras e eficazes na remoção desses poluentes orgânicos em águas residuais. Como por exemplo, a degradação fotocatalítica utilizando semicondutores, é considerada uma alternativa ecológica e econômica para a mineralização dos corantes. Além disso, a fotoeletrocatálise emerge também como um processo alternativo que pode ser integrado ao tratamento de água residuais, permitindo a geração simultânea de uma fonte alternativa de energia, que é o hidrogênio verde. Entre os semicondutores, o óxido de nióbio destaca-se como o semicondutor mais disponível no Brasil. Apesar de suas inúmeras vantagens, o Nb2O5, estado mais termodinamicamente estável do sistema nióbio-oxigênio, possui estreita faixa de absorção da luz, sendo ativado principalmente sobre radiação ultravioleta. Dessa forma, esse trabalho teve como objetivo, a preparação de semicondutores heteroestruturados de óxido de nióbio com nanopartículas de prata (Ag) para aplicação fotocatalítica na degradação do corante azul reativo 109 e estudos fotoeletroquímicos para possíveis aplicações fotoeletrocatalíticas. O Nb2O5 foi obtido a partir da metodologia de Pechini e as heteroestruturas a partir da redução química do sal mineral, AgNO3, em diferentes proporções, correspondentes aos compósitos 21Nb2O5/Ag e 32Nb2O5/Ag. Os materiais sintetizados foram caracterizados por DRX, FTIR, DRS UV-Vis, MEV, HRTEM e XPS. Os ensaios fotocatalíticos foram conduzidos através da utilização de lâmpada que simula o espectro solar e a eficiência de degradação foi investigada através do UV-Vis. A estrutura cristalina ortorrômbica do Nb2O5, bem como, a formação de Ag metálica na sua superfície foi confirmada, principalmente no 32Nb2O5/Ag. Além disso, a morfologia revelou partículas de tamanhos e formas irregulares, aglomeradas e com estrutura interligada. Após 120 minutos, o 32Nb2O5/Ag demonstrou um desempenho fotocatalítico significativamente superior ao Nb2O5 com uma remoção de aproximadamente 94% do corante a uma concentração de 5 mg L⁻¹, em comparação com apenas 9% obtidos pelo Nb2O5. Após esse resultado, a influência da concentração do corante, a quantidade de catalisador e variação do pH também foram variáveis investigadas. As respostas fotoeletroquímicas foram obtidas por CV, LSV, cronoamperometria, EIS e curvas Mott-Schottky, através da deposição dos materiais em uma placa de ITO pelo método (dip-coating). Os resultados de fotocorrente e a eficiência dos portadores de transferência de carga das heteroestruturas foram superiores ao Nb2O5. Esses resultados sugerem que as decorações como nanopartículas de Ag realizadas no Nb2O5 ampliaram a sua utilização, se tornando um material promissor para aplicações fotocatalíticas e fotoeletrocatalíticas. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | pt_BR |
dc.identifier.citation | FERREIRA, Myllena Kely Pereira. Avaliação fotocatalítica e fotoeletroquímica do NB2O5 decorado com prata e potencial degradação de corante reativo. Orientador: Dr. José Heriberto Oliveira do Nascimento. 2024. 86f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60739 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | POAs | pt_BR |
dc.subject | Luz solar | pt_BR |
dc.subject | Tratamento de água | pt_BR |
dc.subject | Semicondutor | pt_BR |
dc.subject | Fotoeletrocatálise | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | pt_BR |
dc.title | Avaliação fotocatalítica e fotoeletroquímica do NB2O5 decorado com prata e potencial degradação de corante reativo | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
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