Degradação fotocatalítica do Ibuprofeno usando nanopartículas de Titânio suportada em Carbono Cmk-3 Mesoporoso

dc.contributor.advisorBraga, Tiago Pinheiro
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9170391410490804pt_BR
dc.contributor.authorMiranda, Maicon Oliveira
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1441138980070789pt_BR
dc.contributor.referees1Santos, Anne Gabriella Dias
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2626033210573145pt_BR
dc.contributor.referees2Huitle, Carlos Alberto Martinez
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2485073932883264pt_BR
dc.contributor.referees3Vieira, Davi Serradella
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/4185159774625471pt_BR
dc.contributor.referees4Silva Filho, Edson Cavalcanti da
dc.contributor.referees4Latteshttp://lattes.cnpq.br/7892423373858047pt_BR
dc.date.accessioned2021-10-18T19:29:07Z
dc.date.available2021-10-18T19:29:07Z
dc.date.issued2021-07-22
dc.description.abstractThis work addresses the role of TiO2 nanoparticles dispersed in ordered mesoporous CMK-3 carbon with different Ti, contents were successfully synthesized and their activity in the photocatalytic degradation of ibuprofen was presented. The photocatalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption-desorption isotherms, diffuse reflectance, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM-FEG) and transmission electron microscopy (TEM). A simple theoreticalcomputational study through the point energy calculation was presented to evaluate the interaction between the TiO2-C and also another study using the DFT approach to estimate the preferred attack region for OH• radical. Diffractograms, Raman, and XPS spectra confirmed the formation of anatase and graphitic carbon. Low-angle XRD, N2 physisorption and the TEM images indicated that the CMK-3 support does not undergo a significant change in the mesoporous structure after the insertion of TiO2. The ID/IG ratio observed in the Raman spectra did not vary significantly with an increase in the titanium content, which shows that the crystallinity of CMK-3 is practically unchanged. Anatase crystallite sizes vary from 8 to 15 nm and specific areas vary from 348 to 586 m2.g-1, depending on the TiO2 content. The single point energy calculation confirmed that the interaction energy between titanium oxide and carbon increases with the increase in the amount of Ti. Chemical oxygen demand and total organic carbon results confirmed the mineralization of ibuprofen. The degradation and mineralization mechanism of ibuprofen follows a sequence of radical reactions that occur in solid-liquid interface, and may lead to the formation of intermediates before its mineralization. The 1% TiO2/CMK-3 photocatalyst exhibited the best photocatalytic performance, reaching 100% degradation in just 5 min. Different by-products have been identified by GC-MS such as 4-isobutylacetophenone. The simple study using the DFT approach demonstrated that the OH• radical attacks preferentially in the region with high electronic density of the ibuprofen molecule due to its lower free energy, which is located close to aromatic ring (C = C bond). The presence of the OH• radical was confirmed through a model reaction using salicylic acid as probe molecule.pt_BR
dc.description.resumoO presente trabalho aborda o papel das nanopartículas de TiO2 dispersas em carbono CMK-3 mesoporoso ordenado usando diferentes teores de Ti, foram sintetizadas com sucesso e sua atividade na degradação fotocatalítica do ibuprofeno foi avaliada. Os fotocatalisadores foram caracterizados por difração de raios X (DRX), isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio, refletância difusa, espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Foi apresentado um estudo teórico-computacional por meio do cálculo da energia de ponto único para avaliar a interação entre o TiO2-C e também outro estudo usando a abordagem DFT para estimar a região preferencial de ataque do radical OH•. Os difratogramas, os espectros Raman e XPS confirmaram a formação da fase anatase e carbono grafítico. O resultado de DRX a baixo ângulo, as isotermas a partir da fisissorção de N2 e as imagens de MET indicaram que o suporte CMK-3 não sofre uma mudança significativa na estrutura mesoporosa após a inserção de TiO2. A razão entre as bandas ID/IG, observada nos espectros Raman, não variou significativamente com o aumento do teor de titânio, o que mostra que o suporte CMK-3 foi praticamente inalterado com a adição de Ti. Os tamanhos dos cristais de anatase variaram entre 8 e 15 nm e as áreas específicas variaram de 348 a 586 m2.g-1, dependendo do teor de TiO2. O cálculo de energia de ponto único confirmou que a energia de interação entre o óxido de titânio e o carbono aumenta com o aumento da quantidade de Ti. O mecanismo de degradação e mineralização do ibuprofeno segue uma sequência de reações radicalares que ocorrem na interface sólido-líquido, podendo levar à formação de intermediários antes de sua mineralização. O fotocatalisador 1%TiO2/CMK-3 exibiu o melhor desempenho fotocatalítico, atingindo 100% de degradação em apenas 5 min. Os resultados da demanda química de oxigênio e do carbono orgânico total confirmaram a mineralização do ibuprofeno a CO2 e H2O. A variação do pH e massa também pode alterar a quantidade de subprodutos formados. Diferentes subprodutos foram identificados por CGEM, como 4-isobutilacetofenona. O simples estudo usando a abordagem DFT demonstrou que o radical OH• ataca preferencialmente a região de maior densidade eletrônica da molécula de ibuprofeno devido a menor energia livre, o qual está localizado ao redor do anel aromático (ligações C=C). A presença do radical OH• foi confirmada por meio de uma reação modelo usando ácido salicílico como molécula sonda.pt_BR
dc.identifier.citationMIRANDA, Maicon Oliveira. Degradação fotocatalítica do Ibuprofeno usando nanopartículas de Titânio suportada em Carbono Cmk-3 Mesoporoso. 2021. 127f. Tese (Doutorado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/44625
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectIbuprofenopt_BR
dc.subjectFotocatálisept_BR
dc.subjectCMK-3pt_BR
dc.subjectMesoporosopt_BR
dc.subjectTiO2pt_BR
dc.subjectQuímica orgânicapt_BR
dc.titleDegradação fotocatalítica do Ibuprofeno usando nanopartículas de Titânio suportada em Carbono Cmk-3 Mesoporosopt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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