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https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/12592
Tipo: | Dissertação |
Título: | Síntese e caracterização de nanocompósitos de TiO2@UiO-66 para fotocatálise do cetoprofeno |
Autor(es): | ANA PAULA ROMANENGHI DA SILVA |
Primeiro orientador: | Amilcar Machulek Junior |
Resumo: | Os fármacos e outros contaminantes emergentes (CEs) persistem em ambientes aquáticos devido à limitada eficiência dos tratamentos convencionais de águas residuais. Diante dessa limitação, estratégias avançadas têm sido desenvolvidas, entre as quais se destacam os Processos Oxidativos Avançados (POAs), que atuam por meio da geração de espécies altamente reativas, como os radicais hidroxila (HO•), capazes de degradar compostos orgânicos recalcitrantes. Dentro dos POAs, a fotocatálise heterogênea (FC), utilizando semicondutores e estruturas metalorgânicas (MOFs), mostra-se promissora devido à elevada capacidade de oxidação e potencial aplicação sob radiação solar. Este trabalho investigou a síntese, caracterização e aplicação de compósitos à base de TiO2 e UiO-66, preparados com diferentes proporções, na FC do cetoprofeno, um anti-inflamatório não esteroidal amplamente detectado em efluentes. As nanopartículas de TiO2 foram sintetizadas pelo método sol-gel e calcinadas a 450 °C por 4 h, enquanto o UiO-66 foi obtido por síntese solvotermal a 120 °C por 24 h. Três compósitos foram preparados contendo 7,68%, 12,32% e 20,00% de UiO-66, a fim de avaliar interações sinérgicas com o TiO2. As micrografias de MEV e TEM revelaram nanopartículas irregulares de TiO2 (13,69 nm) e partículas cúbicas de UiO-66 (18,00 nm). As imagens de TEM mostraram TiO2 depositado sobre o UiO-66 em todos os compósitos. Padrões de difração de elétrons de área selecionada (SAED) e difração de raios X (DRX) confirmaram a formação da fase anatase do TiO2 e a estrutura do UiO-66. Bandas em 1546 e 1354 cm-1 no FTIR foram atribuídas às vibrações dos grupos carboxila nos anéis benzênicos do UiO-66. As análises de Mott-Schottky confirmaram o caráter tipo n dos compósitos e melhorias nas bandas eletrônicas. O potencial zeta revelou pontos de carga zero de 5,98 (TiO2), 5,82 (UiO-66) e 5,12 (TiO2@UiO-66 (7,68%)), indicando uma superfície mais ácida no compósito. A eficiência fotocatalítica foi avaliada via planejamento experimental Box-Behnken, variando pH, tempo de irradiação e proporção de UiO-66. O compósito TiO2@UiO-66 (7,68%) apresentou melhor desempenho, alcançando mais de 98% de degradação do cetoprofeno em 30 minutos sob pH 3. Mediante os ensaios de Artemia sp para os materiais sintetizados e para o melhor compósito, sendo este sem toxicidade. Assim, os compósitos TiO2@UiO-66 mostraram-se promissores como alternativa sustentável para o tratamento de águas residuais, em condições laboratoriais. |
Abstract: | Drugs and other emerging contaminants (ECs) persist in aquatic environments due to the limited efficiency of conventional wastewater treatments. In view of this limitation, advanced strategies have been developed, among which Advanced Oxidative Processes (AOPs) stand out, which act through the generation of highly reactive species, such as hydroxyl radicals (HO•), capable of degrading recalcitrant organic compounds. Within the POAs, heterogeneous photocatalysis (CF) using semiconductors and metalorganic structures (MOFs) is particularly promising, due to the high oxidation capacity and potential application under solar radiation, as reported in the literature. This study investigated the synthesis, characterization and application of TiO2 and UiO-66-based composites, prepared with different proportions, in the CF of ketoprofen, a non-steroidal anti-inflammatory drug widely detected in effluents. The TiO2 nanoparticles were synthesized by the sol-gel method and calcined at 450 °C for 4 h, while the UiO-66 was obtained by solvothermal synthesis at 120 °C for 24 h. Three composites were prepared containing 7.68%, 12.32% and 20.00% of UiO-66 to evaluate possible synergistic interactions with TiO2. SEM and TEM micrographs revealed irregular TiO2 nanoparticles (13.69 nm) and cubic particles of UiO-66 (18.00 nm). TEM images showed TiO2 deposited on top of UiO-66 in all composites. Selected area electron diffraction (SAED) and X-ray diffraction (XRD) patterns confirmed the formation of the anatase phase of TiO2 and the structure of UiO-66. Bands at 1546 and 1354 cm-1 in the FTIR were attributed to the vibrations of the carboxyl groups in the benzene rings of UiO-66. The Mott-Schottky analyses confirmed the n-type character of the composites and improvements in the electronic bands. The zeta potential revealed zero load points of 5.98 (TiO2), 5.82 (UiO-66) and 5.12 (TiO2@UiO-66 (7.68%)), indicating a more acidic surface in the composite. The photocatalytic efficiency was evaluated by Box-Behnken experimental design, varying pH, irradiation time and UiO-66 ratio. The composite TiO2@UiO-66 (7.68%) showed better performance, achieving more than 98% of ketoprofen degradation in 30 minutes under pH 3. By means of Artemia sp tests for the synthesized materials and for the best composite, which is without toxicity. Thus, TiO2@UiO-66 composites showed promise as a sustainable alternative for wastewater treatment under laboratory conditions. |
Palavras-chave: | Fotocatálise heterogênea, estruturas metalorgânicas, contaminação ambiental |
País: | Brasil |
Editor: | Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul |
Sigla da Instituição: | UFMS |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/12592 |
Data do documento: | 2025 |
Aparece nas coleções: | Programa de Pós-graduação em Química |
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