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Tipo do documento: Dissertação
Título: Óxido de zircônia com níquel sintetizados por hidrotermal: aplicações fotocatalíticas em corantes e produção de hidrogênio
Autor: Mendes, Mykaele da Silva 
Primeiro orientador: Eliziário, Sayonara Andrade
Primeiro coorientador: Alves, Mary Cristina Ferreira
Primeiro membro da banca: Nardi, Ana Paula de Moura
Segundo membro da banca: Brito, Deoclécio Ferreira de
Resumo: A síntese química de óxidos inorgânicos com aplicação na área de energia tem sido constantemente estudada, promovendo a busca por métodos de obtenção mais simples, ambientalmente amigáveis e economicamente viáveis. O óxido de zircônia é um composto inorgânico semicondutor, com ampla gama de propriedades, dentre elas, catalíticas e fotocatalíticas, quando estruturalmente modificado, sendo empregado na degradação de corantes nocivos em águas residuais. Nanopartículas de Ni suportadas em ZrO2 também são apontadas como promissoras na reforma catalítica do metano. Por sua vez, o NiO fornece sítios ativos que podem modificar a superfície do ZrO2 promovendo propriedades eletrocatalíticas e estabilidade em ambientes alcalinos. Além disso, quando utilizados como suporte são considerados catalisadores promissores em reações de conversão de CO2, biomassa, produção de biocombustíveis, reforma de metano e desoxigenação de ácidos graxos. Neste trabalho, foram sintetizados óxidos de zircônia e níquel através do método hidrotermal com variações de parâmetros como temperatura, reagentes, pH e tempo de síntese. Neste contexto, avaliou-se a influência da adição de níquel nas propriedades estruturais encontradas no ZrO2 em processos de fotodegradação de poluentes orgânicos e na obtenção de hidrogênio. A fase monoclínica é obtida em amostras puras enquanto a fase tetragonal é obtida conjuntamente, com a inserção do níquel, em temperaturas acima de 120ºC. A mudança do precursor, o aumento do tempo e da temperatura favorecem a formação da fase monoclínica, bem como do hidróxido de níquel, com estrutura hexagonal. O pH ácido foi utilizado para favorecer a redução do níquel e resultou na formação de uma fase oxidada NiOOH. Os testes de fotodegradação, realizados com irradiação UVC, dos corantes aniônico alaranjado G (AG) e catiônico azul de metileno (AM) apresentaram melhor resultado para a fase pura com estrutura monoclínica, com até 93% de diminuição do pico referente ao corante AG. Em todos os sistemas, a maior atividade fotocatalítica aconteceu utilizando o corante catiônico, atingindo percentuais de descoloração de até 52 % após 5 h de irradiação UVC, com a amostra Ni/ZrO2. A produção de hidrogênio é catalisada pela presença de catalisadores de Ni/ZrO2, o que não acontece em amostras puras. Por outro lado, a presença da fase reduzida NiOOH aumenta o rendimento da reação de produção de hidrogênio, através da reação de hidrólise de borohidreto de sódio, que pode estar sendo favorecida pela intercalação de moléculas de água na estrutura do hidróxido.
Abstract: The chemical synthesis of inorganic oxides with applications in the energy sector has been continuously studied, promoting the search for simpler, more environmentally friendly, and economically viable production methods. Zirconia oxide is a semiconductor inorganic compound with a wide range of properties, including catalytic and photocatalytic ones when structurally modified, and is used in the degradation of harmful dyes in wastewater. Ni nanoparticles supported on ZrO2 are also considered promising for the catalytic reforming of methane. In turn, NiO provides active sites that can modify the surface of ZrO2, promoting electrocatalytic properties and stability in alkaline environments. Moreover, when used as a support, it is considered a promising catalyst in CO2 conversion reactions, biomass conversion, biofuel production, methane reforming, and fatty acid deoxygenation. In this study, zirconia and nickel oxides were synthesized through the hydrothermal method with variations in parameters such as temperature, reagents, pH, and synthesis time. In this context, the influence of nickel addition on the structural properties of ZrO2 was evaluated in processes ophotodegradation of organic pollutants and hydrogen production. The monoclinic phase is obtained in pure samples, while the tetragonal phase is obtained concurrently with the insertion of nickel at temperatures above 120ºC. Changing the precursor, increasing the time and temperature favor the formation of the monoclinic phase, as well as nickel hydroxide with a hexagonal structure. Acidic pH was used to favor the reduction of nickel, resulting in the formation of an oxidized phase, NiOOH. Photodegradation tests, conducted under UVC irradiation, of the anionic dye Orange G (OG) and the cationic dye Methylene Blue (MB) showed better results for the pure phase with monoclinic structure, with up to a 93% reduction in the peak corresponding to OG. In all systems, the highest photocatalytic activity occurred using the cationic dye, reaching decolorization percentages of up to 52% after 5 hours of UVC irradiation, with the Ni/ZrO2 sample. Hydrogen production is catalyzed by the presence of Ni/ZrO2 catalysts, which does not occur in pure samples. On the other hand, the presence of the reduced phase NiOOH increases the yield of the hydrogen production reaction through the hydrolysis of sodium borohydride, which may be favored by the intercalation of water molecules in the hydroxide structure.
Palavras-chave: óxidos inorgânicos
hidrotermal
fotocatalisadores
hidrogênio
catálise
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual da Paraíba
Sigla da instituição: UEPB
Departamento: Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa - PRPGP
Programa: Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Citação: MENDES, Mykaele da Silva. Óxido de zircônia com níquel sintetizados por hidrotermal: aplicações fotocatalíticas em corantes e produção de hidrogênio. 2024. 87 f. Dissertação (Mestrado em Química ) - Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Embargado
URI: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/5106
Data de defesa: 6-Ago-2024
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