Óxidos nanoestruturados crescidos sobre Ti e ligas TiW: preparação, caracterização e aplicação na remoção de estradióis da água
Data
2017-05-05
Autores
Kaminagakura, Verena Mandorino 
Orientadores
Rodrigues, Christiane de Arruda
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
Among the sustainable alternatives for the treatment of water and effluents contaminated with endocrine disrupters such as estrone (E1) and 17α-ethynyl estradiol (EE2), the Advanced Oxidative Processes (POA) stand out. Among the POAs, the heterogeneous photocatalysis involves the formation of the hydroxyl radical (• OH) from the UV irradiation in a photocatalyst, usually a TiO2 type semiconductor. However, the use of sunlight by TiO2 is low due to its band gap energy (Ebg) of 3.2 eV, in the anatase phase. In the search for more efficient and active photocatalysts in visible light, this study studied the effect of tungsten composition on the manufacture of nanostructured oxide on Ti2.5%W and Ti5.0%W alloys. The oxide layer was obtained by anodic polarization in a solution of 0.2 mol L-1 of HF in ethylene glycol, varying the applied voltages from 100 to 140 V, the anodizing time from 10 to 60 min and the percentage of water in the electrolyte taking the values of 0%, 5%, 10%, 15% and 20% (v/v). In order to eliminate a compact and irregular layer on the nanotubes, known as nanograss, a treatment was made, after the anodizing process, with a bath in ethanol for 24 hours. Well-defined nanotubular oxide structures were obtained under 120 V after 40 min for Ti2.5% W and Ti5.0% W alloys. Under these conditions the internal diameter values were around 80 nm for the alloy with 2.5% W and 71 nm for the alloy with 5% W. The lengths remained around 6 μm for all alloys. As the W concentration increased, a gradual increase in the heat treatment temperature and a delay in the appearance of the rutile phase were observed. XPS analyzes showed the presence of W in oxidized and metallic form in oxide layer. Photo-current studies have shown that the best thermal treatment is 550ºC for Ti2.5W and Ti5.0W, with current density values around 2.6 mA cm-2 and 3.4 mA cm-2. UV-Vis-NIR spectrometry spectroscopy with diffuse reflectance and and photoluminescence showed that the increase of W decreases the intensity in the spectra and the recombination rate of the e- / h + pairs. The degradation performance of E1 and EE2 was evaluated using the electrodes of NT/TiW and NT/TiO2 in the processes of photolysis, photocatalysis and electrocatalysed photocatalysis. Analysis of HPLC showed a decrease of the initial concentration before 2 minutes for all processes. A maximum degradation of 90% for E1 and 96% for EE2 was achieved with the use of the NT / Ti5.0W electrode in photoelectrocatalysis processes.
Em meio às alternativas sustentáveis para tratamento de água e efluentes contaminados com desreguladores endócrinos como a estrona (E1) e 17 α-etinil estradiol (EE2), destacam-se os Processos Oxidativos Avançados (POA). Dentre os POA evidencia-se a fotocatálise heterogênea, que envolve a formação do radical hidroxilda (•OH) a partir da irradiação UV de um fotocatalisador, geralmente um semicondutor do tipo TiO2. No entanto, o aproveitamento da luz solar pelo TiO2 é baixo devido a sua energia de band gap (Ebg) de 3,2 eV, na fase anatase. Em busca de fotocatalisadores mais eficientes e ativos na luz visível, este trabalhoestudou o efeito da composição de tungstênio na fabricação de óxido nanoestruturado sobre liga Ti2,5%W e Ti5,0%W. O óxido foi obtido por processo de polarização anódica em solução de 0,2 mol L-1 de HF em etileno glicol, variando as tensões aplicas de 100 a 140 V, o tempo de anodização de 10 a 60 min e a porcentagem de água no eletrólito, variando em 0%, 5%, 10%, 15% e 20% (v/v). A fim de eliminar uma camada compacta e irregular sobre os nanotubos, conhecida como nanograss, foi feito um tratamento, após o processo de anodização, com banho em etanol durante 24h. Estruturas nanotubulares bem definidas foram obtidas sob 120 V após 40 min para as ligas Ti2,5%W e Ti5,0%W. Nessas condições os valores de diâmetro interno foram em torno de 80 nm para a liga com 2,5% W e 71 nm para a liga com 5%W. Os comprimentos mantiveram-se em torno de 6 µm para todas as ligas. Com o aumento da concentração de W observou-se um aumento gradual na temperatura de tratamento térmico e um retardo no aparecimento da fase rutilo. Análises de XPS mostraram a presença de W na forma oxidada e metálica. Estudos de foto-corrente demonstraram que o melhor tratamento térmico é de 550ºC para Ti2,5W e Ti5,0W, com valores de densidade de corrente em torno de 2,6 mA cm-2 e 3,4 mA cm-2. Ensaios de espectroscopia de UV-Vis-NIR com reflectância difusa e de fotoluminescencia mostrou que o acréscimo de W diminui a intensidade nos espectros e da taxa de recombinação dos pares e-/h+. O desempenho na degradação do E1 e EE2 foi avaliado empregando os eletrodos de NT/TiW e NT/TiO2 nos processos de fotólise, fotocátalise e fotoeletrocatálise. Análises de CLAE apresentaram uma diminuição da concentração inicial em menos de 2 minutos para todos os processos. Uma degradação maxima de 90% para o E1 e de 96% para o EE2 foi alcançada com o emprego do eletrodo NT/Ti5,0W nos processos de fotoeletrocatálise.
Em meio às alternativas sustentáveis para tratamento de água e efluentes contaminados com desreguladores endócrinos como a estrona (E1) e 17 α-etinil estradiol (EE2), destacam-se os Processos Oxidativos Avançados (POA). Dentre os POA evidencia-se a fotocatálise heterogênea, que envolve a formação do radical hidroxilda (•OH) a partir da irradiação UV de um fotocatalisador, geralmente um semicondutor do tipo TiO2. No entanto, o aproveitamento da luz solar pelo TiO2 é baixo devido a sua energia de band gap (Ebg) de 3,2 eV, na fase anatase. Em busca de fotocatalisadores mais eficientes e ativos na luz visível, este trabalhoestudou o efeito da composição de tungstênio na fabricação de óxido nanoestruturado sobre liga Ti2,5%W e Ti5,0%W. O óxido foi obtido por processo de polarização anódica em solução de 0,2 mol L-1 de HF em etileno glicol, variando as tensões aplicas de 100 a 140 V, o tempo de anodização de 10 a 60 min e a porcentagem de água no eletrólito, variando em 0%, 5%, 10%, 15% e 20% (v/v). A fim de eliminar uma camada compacta e irregular sobre os nanotubos, conhecida como nanograss, foi feito um tratamento, após o processo de anodização, com banho em etanol durante 24h. Estruturas nanotubulares bem definidas foram obtidas sob 120 V após 40 min para as ligas Ti2,5%W e Ti5,0%W. Nessas condições os valores de diâmetro interno foram em torno de 80 nm para a liga com 2,5% W e 71 nm para a liga com 5%W. Os comprimentos mantiveram-se em torno de 6 µm para todas as ligas. Com o aumento da concentração de W observou-se um aumento gradual na temperatura de tratamento térmico e um retardo no aparecimento da fase rutilo. Análises de XPS mostraram a presença de W na forma oxidada e metálica. Estudos de foto-corrente demonstraram que o melhor tratamento térmico é de 550ºC para Ti2,5W e Ti5,0W, com valores de densidade de corrente em torno de 2,6 mA cm-2 e 3,4 mA cm-2. Ensaios de espectroscopia de UV-Vis-NIR com reflectância difusa e de fotoluminescencia mostrou que o acréscimo de W diminui a intensidade nos espectros e da taxa de recombinação dos pares e-/h+. O desempenho na degradação do E1 e EE2 foi avaliado empregando os eletrodos de NT/TiW e NT/TiO2 nos processos de fotólise, fotocátalise e fotoeletrocatálise. Análises de CLAE apresentaram uma diminuição da concentração inicial em menos de 2 minutos para todos os processos. Uma degradação maxima de 90% para o E1 e de 96% para o EE2 foi alcançada com o emprego do eletrodo NT/Ti5,0W nos processos de fotoeletrocatálise.