Síntese, caracterização e avaliação de novos materiais à base de sílicas mesoporosas para degradação fotocatalítica de contaminantes de interesse emergente.

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Castanheira, Bruna
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Advanced oxidation processes; Aromatic imides; Contaminantes de interesse emergente; Contaminants of emerging concern; Fotocatálise; Fotorreatores; Heterogeneous photocatalysis; Imidas aromáticas; Mesoporous silicates; Organosílicas periódicas mesoporosas; Oxidação (Processos); Periodic mesoporous organosilicas; Photoreactors; Sílicas mesoporosas; Sulfadiazina; Sulfadiazine; TiO2
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-10122020-122513/

A presente Tese visou estudar a preparação e aplicação de novos materiais à base de sílicas mesoporosas como fotocatalisadores heterogêneos em processos de oxidação avançada (POA). Para isso, foram sintetizadas, em um primeiro momento, sílicas mesoporosas do tipo SBA-15 via sol-gel, em que a fonte de sílica (tetraetilortosilicato - TEOS) foi condensada em condições ácidas na presença das micelas do surfactante Pluronic (P123) como template para formação dos mesoporos. Em seguida, a SBA-15 foi funcionalizada com composto semicondutor TiO2 pelo método pós-síntese sol-gel. Neste método, impregnaram-se 10%, 16%, 20% e 30% em massa de TiO2 na sílica, originando os materiais 10% TiO2/SBA-15, 16% TiO2/SBA-15, 20% TiO2/SBA-15 e 30% TiO2/SBA-15, respectivamente. Em um segundo momento, foram preparadas as organosílicas periódicas mesoporosas (PMO) contendo as imidas aromáticas 1,4,5,8-naftalenodiimidas (NDI) como moléculas orgânicas, pelo método de co-condensação. Neste método, TEOS é condensado nas mesmas condições de síntese da SBA-15 juntamente com o grupo organossilano: N,N´-bis[3- (trietoxisil)propil]1,4,5,8-naftalenodiimida (TESP-NDI), tendo sido utilizadas diferentes porcentagens em massa de NDI (8% e 16%) originando os materiais PMONDI-8 e PMONDI16, respectivamente. A caracterização das estruturas mesoporosas empregando SAXS, MET e adsorção de N2 mostraram a obtenção de materiais porosos extremamente organizados com alta área superficial específica (~500 m2g-1) e diâmetro de poros entre 5,2-6,3 nm para TiO2/SBA-15 e entre 10,2-12,6 nm para as PMONDI. A presença de partículas com dimensões entre 5 e 7 nm de TiO2 anatase nas amostras TiO2/SBA-15 pôde ser confirmada através das análises de difração de raios-X, enquanto a presença de NDI nas paredes dos poros das PMONDI foi confirmada através de análise elementar (CHN), de RMN e espectroscopia na região UV-visível. Por fim, avaliou-se o desempenho desses materiais como fotocatalisadores heterogêneos para degradação de um contaminante-modelo de interesse emergente, o antibiótico sulfadiazina (SDZ). Para tal, foram utilizados sistemas fotocatalíticos com diferentes configurações: (i) batelada; (ii) microrreator empacotado; e (iii) fotorreator anular FluHelik. No sistema batelada obtiveram-se 100% de degradação da SDZ após 45 minutos de irradiação na presença da suspensão de PMONDI-16. No microrreator empacotado, operado em escoamento contínuo e empacotado com PMONDI-16, obteve-se diminuição de 60% da concentração inicial de SDZ. Em ambos os sistemas, foi possível propor um mecanismo de degradação da SDZ e averiguar que um dos intermediários formados corresponde à extrusão de SO2 seguido do rearranjo da molécula de SDZ. Por fim, no reator FluHelik, foi possível eliminar a SDZ inicialmente presente após 120 min de irradiação na presença de suspensão do 30% TiO2/SBA-15. Nesse caso, experimentos realizados em matriz de águas residuais urbanas mostraram que 90% da SDZ foram removidos após 180 min de irradiação.