Estudo da conversão fotoeletrocatalítica de biometano e CO2 em biohidrogênio e outros produtos combustíveis

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Bresciani, Laís
• Orientador(a): Stülp, Simone
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PPGAD;Ambiente e Desenvolvimento
• Palavras-chave em Português: Materiais semicondutores; Fotoeletrocatálise; Hidrogênio; Produtos combustíveis; Semiconductor materials; Photoelectrocatalysis; Hydrogen; Combustible products
• Área do conhecimento CNPq: CB
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10737/2764

A produção de energia tornou-se uma grande preocupação mundial devido ao esgotamento dos combustíveis fósseis e aos problemas ambientais relacionados com as emissões antropogênicas de gases de efeito estufa, que estão alterando o equilíbrio natural do meio ambiente e causando diversas mudanças ambientais globais, cuja extensão ainda é incerta. Nesse contexto, a conversão de biometano e CO2 em hidrogênio e outros produtos combustíveis através da fotoeletrocatálise tornou-se uma estratégia altamente promissora na busca por opções energéticas renováveis. Com isso, este trabalho descreve a síntese e caracterização de materiais semicondutores para aplicação na conversão eletrocatalítica, fotocatalítica e fotoeletrocatalítica de biometano e CO2 em hidrogênio e outros produtos combustíveis. Na primeira parte do trabalho, investigou-se a conversão eletrocatalítica, fotocatalítica e fotoeletrocatalítica de biometano em hidrogênio sobre um semicondutor nanoestruturado de Ti/TiO2. A caracterização morfológica do semicondutor demonstrou que, após a síntese houve a formação de nanotubos de TiO2 na superfície do Ti, com diâmetro interno médio de 90,3 nm. A composição do semicondutor foi confirmada através da análise de espectroscopia de energia dispersiva, sendo que o peso por porcentagem de cada elemento foi de 58,8% de Ti e 41,2% de O2. A adsorção do metano na superfície do Ti/TiO2 foi confirmada através da análise de FTIR e esse resultado é de extrema relevância, uma vez que, após a excitação, os elétrons e lacunas da superfície do semicondutor podem interagir com as moléculas adsorvidas, resultando na sua redução e/ou oxidação. A fotoatividade do semicondutor para reações fotoeletrocatalíticas foi analisada através de ensaios de fotocorrente, cronoamperometria e espectroscopia de impedância eletroquímica. Através das análises eletroquímicas, pode-se observar que sob irradiação ultravioleta há uma maior separação dos pares e-/h+ fotogerados, o que comprova a fotoatividade dos nanotubos de Ti/TiO2 enquanto catalisador para as reações fotoeletrocatalíticas. Após a caracterização, a atividade fotoeletrocatalítica do semicondutor de Ti/TiO2 nanoestruturado foi avaliada através de experimentos de conversão de biometano em hidrogênio, onde obteve-se uma produção de 4,42±0,079 mmol h-1 de H2 com o uso da fotoeletrocatálise. Na segunda parte do trabalho, realizou-se a modificação superficial do eletrodo de Ti/TiO2 por deposição eletroquímica de óxido de cobre, em diferentes temperaturas (25oC e 65oC), e sua aplicação na conversão fotoeletrocatalítica de CO2 e biogás em produtos de interesse energético. As diferentes temperaturas de deposição de óxido de cobre resultaram na formação de diferentes formas geométricas na superfície dos nanotubos de Ti/TiO2 e em diferentes atividades fotoeletrocatalíticas. A conversão fotoeletrocatalítica em Na2SO4 0,1 M com aplicação de -0,1V e irradiação UV resultou na formação de acetona, metanol e metano a partir de CO2 e acetona, etanol e hidrogênio a partir de biogás, sendo que a produção de acetona foi maior para o semicondutor sintetizado a 65oC, enquanto que a produção de metanol e de etanol foi maior para o semicondutor a 25oC. Esses resultados indicam a maior atividade fotoeletrocatalítica para o semicondutor de Ti/TiO2/óxido de cobre sintetizado a 65oC, pois sua utilização levou a formação de produtos que exigem um maior número de elétrons na reação. Esses resultados são extremamente relevantes, uma vez que contribuem na busca por opções energéticas viáveis, de baixo impacto ambiental e que garantam o fornecimento de energia.