Degradação fotoeletrocatalítica de poluente orgânico simultânea à eletrossíntese de amônia via redução de nitrogênio

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Carvalho, Vinícius José [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Amônia; Fotoeletrocatálise; Oxidação de contaminante; Reator híbrido; Redução de nitrogênio
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/261302; https://lattes.cnpq.br/1393264022883223

A poluição da água e a crise energética são dois dos mairores desafios globais enfrentados atualmente. A fotoeletrocatálise (PEC, do inglês Photoelectrocatalysis) demostrou ser uma técnica com grande potencial, tanto no tratamento de águas residuais, através de processo de oxidação, quanto na geração de compostos energéticos, por meio de reações de redução. Recentemente o estudo de ambas as reações simultaneamente têm atraído atenção devido a possibilidade de mitigar esses problemas de forma integrada. Neste trabalho, foi investigado um sistema híbrido fotoeletrocatalítico/eletrocatalítico, composto por um fotoânodo de nanotubos de TiO2 autodopado (NtTiO2-AD) e um cátodo de NtTiO2/MoS2. O objetivo foi promover simultaneamente a oxidação do herbicida atrazina (ATZ) no compartimento anódico e a redução de N2 a NH3 no lado catódico, utilizando a PEC. Os nanotubos de TiO2 foram preparados por anodização eletroquímica e, em seguida, autodopados por polarização catódica, o que levou a uma melhoria significativa de suas propriedades fotoeletrocatalíticas. O cátodo foi sintetizado depositando MoS2 sobre NtTiO2 puros por voltametria cíclica e cronoamperometria, sendo esta última a técnica mais eficiente para RRN e, portanto, escolhida para compor o reator híbrido. Sob condições otimizadas, o reator híbrido alcançou uma fotoeletroxidação de ATZ de aproximadamente 94 % sobre o fotoânodo de NtTiO2-AD após 2 h de reação. Concomitantemente, os elétrons e prótons provenientes da oxidação da ATZ foram direcionados ao lado catódico saturado com N2 e promoveram a formação de 0,31 µmol h-1 cm-2 de NH3 sobre o cátodo de NtTiO2/MoS2. O efeito do potencial aplicado ao fotoânodo e da concentração de ATZ foi investigado e revelou que a eletrossíntese de NH3 é mais eficiente quando a concentração do contaminante é reduzida, indicando que o desempenho das reações pode ser significativamente melhorado em condições adequadas. Esses resultados mostram a possibilidade de, simultaneamente, degradar um composto orgânico residual e reduzir N2 para a geração de NH3, aplicando a PEC em um sistema integrado com um fotoânodo e um cátodo separados por uma membrana trocadora de prótons.