Export iten: EndNote BibTex

Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede.unioeste.br/handle/tede/5251
Tipo do documento: Dissertação
Title: Síntese e caracterização de catalisadores de ZnO, NaX-ZnO, Nd2O3-ZnO e Nb2O5-ZnO para aplicação na fotodegradação da ciprofloxacina
Other Titles: Synthesis and characterization of ZnO, NaX-ZnO, Nd2O3-ZnO and Nb2O5-ZnO catalysts for photodegradation of ciprofloxacin
Autor: Costa, Sabryna Isabelly Giordani da 
Primeiro orientador: Módenes, Aparecido Nivaldo
Primeiro coorientador: Santana, Veronice Slusarski
Primeiro membro da banca: Módenes, Aparecido Nivaldo
Segundo membro da banca: Campos, Elvio Antonio de
Terceiro membro da banca: Lobo, Viviane da Silva
Resumo: O objetivo dessa pesquisa foi sintetizar e caracterizar catalisadores de ZnO, ZnO dopado com trióxido de neodímio (Nd2O3-ZnO), compósitos de ZnO com zeólita NaX (NaX-ZnO) e com pentóxido de nióbio (Nb2O5-ZnO), e avaliar a atividade fotocatalítica destes materiais na fotodegradação de solução de Cloridrato de Ciprofloxacina (CIP). Para isso, ZnO foi sintetizado por precipitação simples (PS), soloquímico (SOL) e precipitação em solução homogênea (PSH). Os catalisadores foram caracterizados em termos de DRX, MEV-EDSX, Raman, FT-IR, Fisissorção de N2, ERD, pHpcz e Fotoluminescência. A atividade fotocatalítica do ZnO foi avaliada por meio de planejamento experimental 33, variando-se concentração inicial de ciprofloxacina, concentração de catalisador e método de síntese. Em seguida, os catalisadores mistos, ZnO dopado com diferentes teores de Nd2O3 (1, 3 e 5% em massa) e compósitos de NaX-ZnO (0,5:1 e 1:1) e Nb2O5-ZnO (0,5:1 e 1:1), foram preparados a partir de adaptação do método soloquímico, caracterizados, conforme o ZnO puro, e avaliados na degradação fotocatalítica da CIP por meio do planejamento Box-Behnken. A partir das análises de caracterização do ZnO, verificou-se que o ZnO apresentou a fase hexagonal wurtzita com diâmetro de cristalito de 24 nm para o ZnO via PS e PSH e de 27 nm para o ZnO via SOL, área BET de 8,1, 19,4 e 15,4 m2 g-1 para o ZnO via SOL, PS e PSH, respectivamente, e energia de band gap de 3,2 eV. A análise de Raman provou que todos os materiais têm boa cristalinidade. O ZnO via PS apresentou partículas como pseudoesferas ou grãos, ZnO via SOL apresentou partículas polidispersa, como “agulhas” ou “folhas e o ZnO via PSH mostrou estrutura tipo “flor. Todos os materiais sintetizados se mostraram altamente eficientes na degradação da CIP, com degradação superior a 90% em 150 min. Pela análise da função desejabilidade, conclui-se que a condição ótima para a degradação da CIP foi quando se utilizou o ZnO PS no teor de 1,9 g L-1 em concentração de 5 m L-1 de CIP. Por meio da caracterização dos catalisadores dopados e compósitos, verificou-se que todas as amostras possuem estrutura hexagonal wurtzita, sendo identificados também picos de difração associados às fases da NaX, Nb2O5 e Nd2O3. Os diâmetros de cristalitos foram de 19,45, 19,24, 58,77, 51,08, 24,91, 25,96 e 27,98 nm para os catalisadores NaX-ZnO 0,5:1 e 1:1, Nb2O5-ZnO 0,5:1 e 1:1, e 1, 3 e 5%Nd2O3-ZnO, respectivamente. Os compósitos NaX-ZnO 0,5:1 e 1:1 apresentaram energia de band gap superior à do ZnO (3,39 e 3,36 eV), enquanto que para o compósito Nb2O5-ZnO, independente da razão de Nb2O5, esta foi inferior (3,15 eV). Já para os catalisadores dopados, a energia de band gap do Nb2O5-ZnO foi de 3,23, 3,24 e 3,17 eV para os teores de 1, 3 e 5% de Nd2O3, respectivamente. A técnica de Raman provou que amostras mistas inteferiram na cristalinidade do material. As imagens de MEV revelaram que as amostras mistas e dopadas, conferiram estruturas morfológicas diferentes ao ZnO, no entanto o material permaneceu em escala nanométrica, sendo que as amostras com NaX apresentou partículas esféricas e porosas enquando que as amostras mistas com Nb2O5, pseudo-esféricas aglomeradas e as amostras dopadas com Nd2O3 apresentou nanoplacas com crescimento como “couve-flor”. Por meio dos testes fotocatalíticas, foi possível concluir que todos os compósitos e catalisadores dopados foram eficientes na degradação de CIP, pois demonstraram eficiência de degradação superior a 90% após 150 min de degradação. A partir do planejamento experimental Box-Behnken, determinou-se um valor ótimo para a razão de NaX e Nb2O5 e teor de Nd2O3. A condição ótima para a degradação da CIP foi quando se utilizou 5 mg L-1 de CIP com 1,45 g L-1 dos catalisadores 1%Nd2O5-ZnO, NaX-ZnO 0,5:1 e Nb2O5-ZnO 1:1. Porém, o 1%Nd2O3-ZnO foi o catalisador mais fotoativo para a degradação fotocatalítica da ciprofloxacina, tornando-o um nanomaterial promissor para a aplicação na remediação de efluentes com fármacos, contribuindo para o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis sem prejudicar as futuras gerações.
Abstract: The objective of this research was to synthetize and characterize ZnO based catalysts – pure and non-pure as doped with neodymiun trioxide (Nd2O3), zeolite composite (NaX) and Niobium pentoxide (Nb2O5) and evaluating these materials in Ciprofloxacin Hydrocloride antimicrobial and photocatalytic activity. In order to execute it, ZnO was synthetized by simple precipitation (SP), solochemical (SOL) and homogeneous solution precipitation (PSH). The catalysts were characterized by XRD, SEM-EDSX, Raman, FT-IR, N2 Physisorption, DRS, null charge point and photoluminescence. The photocatalytic activity of these materials by the 33 experimental design, changing the initial concentration of CIP, catalyst concentration and synthesis. After, the non-pure catalysts, doped ZnO with different proportions of Nd2O3 (1, 3 e 5% in mass), composite of NaX and ZnO (0.25:1 e 0.50:1) and composite of Nb2O5 and ZnO (0.25:1 and 0.50:1), were prepared, characterized with the same methodology as the pure ZnO, and evaluated in the photocatalytic degradation of CIP through the Box-Behnken planning. Based on the ZnO characterization analysis, was ascertained that the ZnO showed hexagonal wurtzita phase with crystallite diameter of 24 nm for ZnO via SP and PHS and 27 nm for the SOL, BET area of 8.1, 19.4 and 15.4 m2g-1 for the ZnO via SOL, SP and PSH, respectively, and band gap energy of 3.2 eV. The analyse of Raman proved that all ZnO had a good crystallinity. The ZnO via SP showed particles like pseudo spheres or grains, ZnO via SOL showed particules was morphology was polydisperse, like “needles” or “leaf” and ZnO via PHS showed “flower” structures type. All synthetized materials showed highly efficient in catalyzing CIP, with the degradation above 90% in 150 min. By the analysis of the desirability function, it was concluded that the optimal condition for the degradation of CIP was when ZnO PS was used in the content of 1.9 g L-1 in 5 m L-1 concentration of CIP. By characterization of the doped and composite catalysts, it was verified that all the samples have wurtzite hexagonal structure, characteristic of the ZnO, being also identified diffraction peaks associated to the NaX, Nb2O5 and Nd2O3 phases. The crystallite diameters were 19.45, 19.24, 58.77, 51.08, 24.91, 25.96 and 27.98 nm for the NaX-ZnO 0.5: 1 and 1: 1 catalysts, 0.5:1 and 1:1 Nb2O5 -ZnO, and 1, 3 and 5% Nd2O3 -ZnO, respectively. The band gap energy was higher than that of ZnO (3.39 and 3.36 eV), whereas for the Nb2O5-ZnO composite, independent of the Nb2O5 ratio, the composite NaX-ZnO 0.5:1 and 1:1 was lower (3.15 eV). For the doped catalysts, the band gap energy of Nb2O5-ZnO was 3.23, 3.24 and 3.17 eV for the contents of 1, 3 and 5% of Nd2O3, respectively. The technical Raman proved that mixed samples interfered in the crystallinity of the material, however, they remained with considerable crystallinity.. SEM images revealed that the mixed and doped samples gave different morphologies to the ZnO, however the material remained on a nanometric scale, and the NaX samples showed spherical and porous particles whereas the mixed samples with Nb2O5, pseudospherical agglomerates and samples doped with Nd2O3 showed nanoplates with growth as cauliflower. By means of the photocatalytic tests, it was possible to conclude that all the composites and doped catalysts were efficient in the degradation of CIP, since they showed degradation efficiency superior to 90% after 150 min of degradation. From the Box-Behnken experimental design, it was determined that there was an optimum value for NaX and Nb2O5 ratio and Nd2O3 content. The optimal condition for CIP degradation was when 5 mg L-1 of CIP was used with 1.45 g L-1 of the catalysts 1% Nd2O5 -ZnO, NaX-ZnO 0.5:1 and Nb2O5 -ZnO 1:1. However, 1% Nd2O3-ZnO was the most photoactive catalyst for the photocatalytic degradation of ciprofloxacin, making it a promising nanomaterial for the remediation of effluents with drugs, contributing to the development of sustainable technologies without damaging future generations.
Keywords: Catalisadores
Atividade fotocatalítica
Ciprofloxacina
Óxido de zinco
Catalysts
Photocatalytic activity
Ciprofloxacin
Zinc oxide
CNPq areas: ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Campun: Toledo
Citation: COSTA, Sabryna Isabelly Giordani da. Síntese e caracterização de catalisadores de ZnO, NaX-ZnO, Nd2O3-ZnO e Nb2O5-ZnO para aplicação na fotodegradação da ciprofloxacina. 2018. 179 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://tede.unioeste.br/handle/tede/5251
Issue Date: 22-Feb-2018
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química (TOL)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Sabryna_Costa_2018_Pt1.pdf4.6 MBAdobe PDFView/Open Preview
Sabryna_Costa_2018_Pt2.pdf5.31 MBAdobe PDFView/Open Preview


Items in TEDE are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.