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Synthesis methodology of WO3 based photocatalysts for Contaminants of emerging concern removal

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Main Author: Ribeiro, Catarina da Rocha
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/10316/117805
Summary: Dissertação de Mestrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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spelling Synthesis methodology of WO3 based photocatalysts for Contaminants of emerging concern removalMetodologia de síntese de fotocatalisadores à base de WO3 para remoção de Contaminantes de preocupação emergenteWO3PhotocatalysisParabens degradationHydrothermalSol-gelWO3FotocatáliseDegradação de parabenosHidrotermalSol-gelDissertação de Mestrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA crescente contaminação dos recursos hídricos não só prejudica o ambiente, mas também intensifica a crise hídrica, sendo necessário adotar medidas preventivas para garantir a disponibilidade da água no futuro. As tecnologias convencionais presentes em estações tratamento de águas residuais demonstram-se não eficientes perante a crescente variedade de poluentes, como é o caso dos produtos farmacêuticos e de bem-estar pessoal (PPCPs), que são considerados contaminantes de preocupação emergente (CECs). Neste contexto, processos avançados de oxidação (AOPs) emergem da procura por tratamentos alternativos, principalmente o processo de fotocatálise.No presente estudo, foram sintetizados fotocatalisadores constituídos por WO3 recorrendo a dois métodos de síntese, o método hidrotermal e o sol-gel. Estes fotocatalisadores foram submetidos a reações para a degradação de uma mistura de metil-, etil-, propilparabeno. Com base na eficiência de degradação dos parabenos obtidas, os diferentes parâmetros de síntese de ambos os métodos foram selecionados e avaliados.Inicialmente, estudou-se o impacto que a radiação tem no desempenho do fotocatalisador. Para tal, fez-se uma avaliação da degradação de parabenos durante reações de fotocatálise sob luz solar e luz simulada, obtendo-se uma degradação de 35% (MP), 36% (EP) e 44% (PP) com luz solar, e 5% (MP), 8% (EP) e 12% (PP) para luz simulada. Devido a esta diferença significativa, as restantes reações fotocatalíticas foram realizadas sob luz solar.Para a avaliação da síntese hidrotermal do WO3, foram selecionados o efeito do tempo e da temperatura de síntese, do pH da solução e da temperatura de calcinação, como parâmetros de maior influência a serem estudados. Após a avaliação destes parâmetros, o material selecionado foi capaz de atingir degradações de 35% (MP), 36% (EP) e 44% (PP). Este fotocatalisador, HB2, apresenta as seguintes características de síntese: pH 0.5, temperatura de síntese de 150 ºC, durante 24 h e calcinação a 500 ºC durante 6 h. Relativamente à síntese pelo método sol-gel, analisou-se a proporção molar dos reagentes, o efeito do tempo e temperatura de aging e a temperatura de calcinação, tendo como base os parâmetros que proporcionaram melhor desempenho ao fotocatalisador sintetizado pelo método hidrotermal, HB2. Assim, a proporção molar foi ajustada para 8/6 mmol (tungstato de sódio/ácido cítrico), manteve-se o pH, e a solução foi aquecida a 50 ºC durante 24 h com posterior calcinação a 500 ºC durante 6 h, proporcionando ao fotocatalisador SB1 melhores propriedades fotocatalíticas, degradando 14% (MP), 13% (EP) e 16% (PP).The increasing contamination of hydric resources not only harms the environment but also intensifies the water crisis, being necessary to adopt preventive measures to ensure the availability of water in the future.Conventional treatment technologies present in water treatment plants are not fully effective in removing the increasing variety of pollutants, such as pharmaceuticals and personal care products (PPCPs), which are considered contaminants of emerging concern (CECs). Thus, the advanced oxidation processes have emerged from the search for alternative treatments, specially the photocatalysis process. In the present study, WO3 based photocatalysts it was synthesized recourse by two synthesis methods, hydrothermal and sol-gel methods. These photocatalysts were submitted to reactions, under solar light and simulated light, in order to degrade a mixture of methyl-, ethyl- and propylparaben. Based on parabens degradation efficiency obtained, different synthesis parameters of both methods were selected and evaluated. First, the impact of the radiation upon the catalyst activation was studied. For this, both solar light and a simulated light were employed, obtaining degradations of 35% (MP), 36% (EP) and 44% (PP), under solar light, while 5% (MP), 8% (EP) and 12% (PP) for the artificial source. Moreover, natural solar radiation was employed in further reactions.For the evaluation of the hydrothermal synthesis of WO3, the selected parameters were the effect of synthesis time and temperature, the solution’s pH and the calcination temperature. After optimization of these parameters, the selected material was able to achieve degradations of 35% (MP), 36% (EP) and 44% (PP). This photocatalyst, HB2, presented the following characteristics: pH of 0.5, temperature of synthesis of 150 °C, during 24 h, and calcined at 500 °C for 6 h.Regarding the sol-gel method, the molar proportions of the reagents, the effect of the aging time and temperature, and the calcination temperature were analyzed, being used the parameters optimized in the hydrothermal synthesis as a base. Thus, the molar proportion was adjusted to 8/6 mmol (sodium tungstate/citric acid), the pH was kept at 0.5, the solution was heated at 50 ºC for 24 h with further calcination at 500 °C for 6 h, with the SB1 photocatalyst achieving 14% (MP), 13% (EP) and 16% (PP) degradations.2024-09-262030-09-25T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/117805https://hdl.handle.net/10316/117805TID:203828585engRibeiro, Catarina da Rochainfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-04-02T17:35:26Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/117805Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:11:41.964086Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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