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dc.creatorTHALITA FERREIRA DA SILVA-
dc.date.accessioned2024-03-25T14:28:55Z-
dc.date.available2024-03-25T14:28:55Z-
dc.date.issued2024pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufms.br/handle/123456789/8594-
dc.description.abstractThe depletion of fossil fuel reserves, rapid population growth, and increasing concerns about environmental pollution have led to the search for biofuels. Biodiesel is one of the most promising, and during its production, 10% by mass of glycerol is obtained as a byproduct in the process. Due to its widespread availability and low cost, the valorization of glycerol is not only encouraged by the global consensus on carbon neutrality but also highly economically profitable. This is relevant when it comes to the selective production of products such as glyceraldehyde (GAD) and dihydroxyacetone (DHA), which are key precursors in the synthesis of cosmetics, polymers, and emulsifiers. In this sense, a promising pathway for obtaining higher-value byproducts using glycerol is using photoelectrocatalysis (PEC). Thus, the use of metal-organic frameworks (MOFs), which are a new class of materials, is noteworthy due to their physicochemical properties. IRMOF, MIL, ZIF, and UiO are the most well-known and employed MOFs in the study of gas storage and catalysis. Furthermore, Fe-based MOFs have great potential as highly effective photocatalysts for water treatment applications. In this study, the synthesis, characterization, and application of TiO2 nanotube electrodes decorated with UiO-66 and UiO-66 modified by melamine (ZrMOF-1, Zr-MOF-2, and Zr-MOF-3) in the PEC of glycerol and MIL-53(Fe) for the photoassisted electrochemical degradation of 2,4-dimethylaniline (2,4-DMA) under visible light irradiation were investigated. The TiO2 nanotubes were prepared by anodization and calcined at 450 °C for 2 h. The MOFs were prepared by solvothermal synthesis and applied onto the TiO2 nanotubes by the drop casting technique and fixed with 70 µL of Nafion®. The morphological, structural, and thermal stability properties of the synthesized materials were analyzed. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) micrographs showed the presence of cubic nanoparticles of approximately 100 nm. The use of melamine caused an increase in the surface area determined by the BET technique. In the FTIR spectra, the peak at 1089 cm-1 present in the modified MOFs can be attributed to the C=N bond of melamine, and the presence of Zr3p, O1s, and C1s in the XPS results confirmed the structure of UiO-66. The absorption band of carboxyl groups coordinated to iron centers is observed by FTIR at 1550 cm-1, while a peak at 538 cm-1 is related to the formation of metal-oxo bonds between the carboxylic group of terephthalic acid and Fe3+. The characteristic diffraction peaks of MIL-53(Fe) are found at 9.1° and 11.1°. The adsorption isotherm presents a type I curve, which informs about the microporosity of MIL-53(Fe). The byproducts of glycerol PEC were monitored by high-performance liquid chromatography (HPLC). The result of PEC applying a potential of +1.2 V at pH 3 showed a selectivity of 50% for the DHA byproduct in just 3 h of experiment for the TiO2 nanotube electrode decorated with 250 µg cm-2 of Zr-MOF-1. The photoelectrochemical activity of MIL-53(Fe) at pH 3.0 was optimized using a central composite design (CCD) experimental plan, with H2O2 concentration / mg L-1, applied electrical potential / V, and reaction time / min as variables under study. After the addition of 10 mg L-1 H2O2, a degradation of 74.4% of 2,4-DMA was achieved at 1.0 V after 110 min, surpassing the 57% achieved using an unmodified TiO2 nanotube photoanode. Further modification of MIL-53(Fe) with melamine allowed for nearly complete degradation. A plausible degradation pathway for 2,4-DMA is discussed based on NMR and HPLC-MS/MS results. This work demonstrates the promising photoelectrocatalytic activity of TiO2 photoanodes decorated with Fe-MOFs.-
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.publisherFundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sulpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectProdutos de valor agregado-
dc.subjectEstruturas metal-orgânicas-
dc.subjectFotoeletro-Fenton-
dc.titleSÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE NANOTUBOS DE TiO2 DECORADOS COM ESTRUTURAS METAL-ORGÂNICAS PARA FOTOELETROCATÁLISEpt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor1Amilcar Machulek Junior-
dc.description.resumoO esgotamento das reservas de combustíveis fósseis, rápido crescimento populacional e crescentes preocupações com a poluição ambiental levaram à busca por biocombustíveis. O biodiesel é um dos mais promissores e durante sua fabricação 10 % em massa de glicerol é obtido como subproduto no processo. Por ser amplamente disponível e barato, a valorização do glicerol não é apenas incentivada pelo consenso global sobre neutralização de carbono, mas também altamente rentável economicamente. Isso é relevante quando se trata da produção seletiva de produtos como gliceraldeído (GAD) e diidroxiacetona (DHA), que são precursores chave na síntese de cosméticos, polímeros e emulsificantes. Nesse sentido, um caminho promissor para a obtenção de subprodutos de maior valor agregado utilizando o glicerol é a partir do emprego da fotoeletrocatálise (FEC). Dessa forma, o emprego de estruturas orgânicas metálicas (MOFs, sigla derivada do inglês “Metal-organic frameworks”), as quais são uma nova classe de materiais, chama atenção devido suas propriedades físico-químicas. As IRMOF, MIL, ZIF e UiO são as MOFs mais conhecidas e empregadas no estudo de armazenamento de gás e catálise. Além disso, MOFs baseadas em Fe apresentam grande potencial como fotocatalisadores altamente eficazes para aplicações de tratamento de água. No presente trabalho foi investigado a síntese, caracterização e aplicação de eletrodos de nanotubo de TiO2 decorados com UiO-66 e UiO-66 modificadas por melamina (ZrMOF-1, Zr-MOF-2 e Zr-MOF-3) na FEC do glicerol e MIL-53(Fe) para a degradação eletroquímica fotoassistida de 2,4-dimetilanilina (2,4-DMA) sob irradiação de luz visível. Os nanotubos de TiO2 foram preparados por anodização e calcinados à 450 °C por 2 h. As MOFs foram preparadas por síntese solvotermal e aplicadas sobre os nanotubos de TiO2 pela técnica de moldagem por gota (drop casting) e fixadas com 70 µL de nafion®. As propriedades morfológicas, estruturais e estabilidade térmica dos materiais sintetizados foram analisadas. As micrografias de MEV e TEM mostraram a presença de nanopartículas cúbicas de aproximadamente 100 nm. O uso da melamina provocou um aumento da área superficial determinada pela técnica de BET. Nos espectros de IV, o pico em 1089 cm-1 presentes nas MOFs modificadas pode ser atribuído à ligação C=N da melamina e a presença de Zr3p, O1s e C1s nos resultados de XPS confirmaram a estrutura do UiO-66. A banda de absorção dos grupos carboxila coordenados aos centros de ferro é observada por FTIR em 1550 cm-1, enquanto um pico em 538 cm-1 está relacionado à formação de ligações metal-oxo entre o grupo carboxílico do ácido tereftálico e o Fe3+. Os picos de difração característicos do MIL-53(Fe) são encontrados em 9,1° e 11,1°. A isoterma de adsorção apresenta uma curva tipo I, que informa sobre a microporosidade do MIL-53(Fe). Os subprodutos da FEC do glicerol foram monitorados por cromatografia liquida de alta eficiência (CLAE). O resultado de FEC aplicando um potencial de +1,2 V em pH 3 apresentou uma seletividade de 50 % para o subproduto DHA em apenas 3 h de experimento para o eletrodo de nanotubo de TiO2 decorado com 250 µg cm-2 do Zr-MOF-1. A atividade fotoeletroquímica do MIL-53(Fe) em pH 3,0 foi otimizada utilizando um planejamento experimental do tipo delineamento composto central (DCC), tendo concentração de H2O2 / mg L-1, potencial elétrico aplicado / V e tempo de reação / min como variáveis em estudo. Após a adição de 10 mg L-1 H2O2, uma degradação de 74,4 % de 2,4-DMA foi alcançada em 1,0 V após 110 min, superando os 57% alcançados usando um fotoânodo de nanotubo de TiO2 não modificado. A modificação adicional do MIL-53(Fe) com melamina permitiu a obtenção de uma degradação quase total. Uma via de degradação plausível para 2,4-DMA é discutida a partir dos resultados de RMN e HPLC-MS/MS. Este trabalho demonstra a promissora atividade fotoeletrocatalítica de fotoanodos de TiO2 decorados com Fe-MOFs.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFMSpt_BR
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