Exportar este item: EndNote BibTex

Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1944
Tipo do documento: Dissertação
Título: Síntese de filmes de óxido de zinco nanoestruturados para aplicações em fotocatálise
Título(s) alternativo(s): Synthesis of nanostructured Zinc Oxide films for photocatalysis applications
Autor: SOUZA, Graziela de 
Primeiro orientador: GIRALDI, Tania Regina
Primeiro coorientador: GUNNEWIEK, Rodolfo Foster Klein
Primeiro membro da banca: PARIS, Elaine Cristina
Segundo membro da banca: FRESCHI, Gian Paulo Giovanni
Resumo: O desenvolvimento de filmes nanoestruturados vem sendo amplamente estudado para diversas aplicações, dentre elas a fotocatálise. Atualmente, um dos grandes desafios em sustentabilidade é desenvolver estratégias para o tratamento de efluentes em corpos de água contaminados por substâncias tóxicas provenientes das atividades industriais. Dentre os Processos Oxidativos Avançados (POA’s) a fotocatálise é uma alternativa muito estudada pela eficiência em degradar poluentes. O óxido de zinco é um dos semicondutores mais utilizados como catalisador em processos fotocatalíticos. Considerando esses fatores, o presente trabalho teve por objetivo produzir filmes nanoestruturados de ZnO pelo método de síntese hidrotermal assistido por micro-ondas. As variáveis estudadas foram: o tipo de substrato, o tempo de síntese e o tratamento térmico na formação dos filmes. Os filmes foram depositados em substratos de vidro e em substrato de óxido de estanho dopado com flúor (FTO). Foram feitas síntese com 10 minutos e com 30 minutos de duração. Parte das amostras foram submetidas à tratamento térmico a 600ºC e as demais passaram por secagem em estufa. Os filmes foram caracterizados por difração de raios X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourrier (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura por emissão em campo (MEV-FEG), microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia UV-Vis no modo reflectância difusa (DRS). Os filmes foram utilizados em ensaios fotocatalíticos na degradação do corante Rodamina B, sob radiação UVC. Foram realizados também ensaios de reuso. Todos os filmes apresentaram estrutura cristalina hexagonal wurtzita. Os filmes sintetizados em substrato de vidro apresentaram bandgap de 3,3 a 3,7eV. No caso desses filmes a variação do tempo de síntese foi crucial para a definição da estrutura dos filmes: filmes sintetizados em 30 minutos apresentam melhor distribuição de aglomerados com o substrato preenchido de forma mais uniformes. A atividade fotocatalítica na degradação de Rodamina B desses filmes foi de 38% (síntese em 10 minutos) a 48% (síntese em 30 minutos) no caso das amostras secas em estufa. Com tratamento térmico a eficiência aumenta para 68% (síntese em 10 minutos) a 76% (síntese em 30 minutos). Para filmes sintetizados em substrato de FTO, os valores de bandgap variaram de 3,3 a 3,5eV. Inicialmente a estrutura obtida apresentou formato lamelar. Após tratamento térmico a 600ºC, tanto na síntese com duração de 10 minutos quanto na de 30 minutos, os filmes apresentaram superfície totalmente preenchida por ZnO. Assim, no caso dos filmes depositados em FTO, o diferencial foi o tratamento térmico pós síntese. A atividade fotocatalítica na degradação de Rodamina B desses filmes foi de 34% (síntese em 10 minutos) e 43% (síntese em 30 minutos) no caso das amostras secas em estufa. Com o tratamento térmico a eficiência aumenta para 59% (síntese em 10 minutos) e 53% (síntese em 30 minutos). Os filmes obtidos em substrato de vidro com tratamento térmico pós síntese foram utilizados em ensaios de reuso para a degradação de Rodamina B. Conclui-se que após 5 ciclos os filmes mantêm boa atividade fotocatalítica, acima de 50%.
Abstract: The development of nanostructured films has been widely studied for several applications, including photocatalysis. Currently, one of the great challenges in sustainability is to develop strategies for the treatment of effluents in water bodies contaminated by toxic substances from industrial activities. Among the Advanced Oxidative Processes (AOP's), photocatalysis is a widely studied alternative due to its efficiency in degrading pollutants. Zinc oxide is one of the semiconductors most used as a catalyst in photocatalytic processes. Considering these factors, this work aimed to produce nanostructured ZnO films by hydrothermal microwave synthesis. The studied variables were: the type of substrate, the synthesis time and the thermal treatment in the formation of the films. The films were deposited on glass substrates and on a fluorine-doped tin oxide (FTO) substrate. Syntheses were made with 10 minutes and 30 minutes in duration. Part of the samples were subjected to heat treatment at 600ºC and the others were dried in an oven. The films were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), field emission scanning electron microscopy (SEM-FEG), atomic force microscopy (AFM) and UV spectroscopy -Vis, in diffuse reflectance (DRS) mode. The films were used in photocatalytic tests in the degradation of the dye Rhodamine B, under UVC radiation. Reuse tests were also carried out. All films showed hexagonal wurtzite crystal structure. Films synthesized on a glass substrate presented 3,3 to 3,7 eV bandgap. In the case of these films, the variation in the synthesis time was crucial for defining the structure of the films: films synthesized in 30 minutes present a better agglomerate distribution with the substrate filled in a more uniform way. The photocatalytic activity on Rhodamine B degradation of these films ranged from 38% (synthesis in 10 minutes) to 48% (synthesis in 30 minutes) in the case of the oven dried samples. With heat treatment the efficiency increases to 68% (10 minutes synthesis) to 76% (30 minutes synthesis). For films synthesized on FTO substrate, bandgap values ranged from 3,3 to 3,5 eV. Initially, the structure obtained presented a lamellar shape. After thermal treatment at 600ºC, both in the synthesis lasting 10 minutes and in the 30 minutes, the films presented a surface completely filled with ZnO. Thus, in the case of films deposited in FTO, the difference was the post-synthesis heat treatment. The photocatalytic activity on Rhodamine B degradation of these films was 34% (10 minutes synthesis) and 43% (30 minutes synthesis) in the case of oven dried samples. With heat treatment the efficiency increases to 59% (10 minutes synthesis) and 53% (30 minutes synthesis). The films obtained on glass substrate with post-synthesis heat treatment were used in reuse tests for the degradation of Rhodamine B. It was concluded that after 5 cycles the films maintain good photocatalytic activity, above 50%.
Palavras-chave: Óxido de zinco.
Fotocatálise.
Micro-ondas.
Nanoestruturas.
Área(s) do CNPq: MATERIAIS NAO METALICOS::CERAMICOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Citação: SOUZA, Graziela de. Síntese de filmes de óxido de zinco nanoestruturados para aplicações em fotocatálise. 2021. 94 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1944
Data de defesa: 16-Ago-2021
Aparece nas coleções:Mestrado

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Dissertacao_GrazielaDeSouza_2021_PPGCEM.pdfSíntese de filmes de óxido de zinco nanoestruturados para aplicações em fotocatálise2,68 MBAdobe PDFBaixar/Abrir Pré-Visualizar


Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons Creative Commons