Dissertações

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Ana Flávia da Silva Reis

Dayse Carvalho da Silva Martins

Nanopartículas de Tio2 Funcionalizadas Com Monocamada de Aptes e Porfirinas: Degradação Potencializada de Acetaminofeno Sob Luz Visível

Tio2 Nanoparticles Functionalized With Aptes Monolayer And Porphyrins: Enhanced Degradation Of Acetaminophen Under Visible Light

Química

Energia, Água e Ciências Ambientais

 

08/09/2025

Auditório I - Sala 120

09:00

Profa. Dayse Carvalho da Silva Martins - Orientadora (Dr. (UFMG))
Prof. Marcelo Machado Viana - Coorientador (Dr. (UFMG))
Profa. Ana Paula de Carvalho Teixeira (Dr. (UFMG))
Prof. Luciano Andrey Montoro (Dr. (UFMG))

O dióxido de titânio (TiO2) é um semicondutor inorgânico cuja aplicação como fotocatalisador têm sido estudada desde século XX. Apesar de diversos estudos apontarem a eficiência fotocatalítica do TiO2, o seu uso limita-se à utilização de radiação ultravioleta, a qual corresponde a apenas 3% da radiação solar. Visando o aproveitamento da radiação solar, muitos estudos propõem a modificação do TiO2, como dopagem ou uso de fotossensibilizadores, resultando em materiais capazes de absorver energia na região do espectro visível. Este trabalho teve como objetivo a obtenção de materiais híbridos a base de TiO2, utilizando as porfirinas 5,10,15,20-tetraquis(4-carboxifenil)porfirina (H2T4CPP) e 5,10,15,20-tetraquis(4-carboxifenil)porfirinatozinco(II) ([Zn(T4CPP)]) e a sua aplicação como fotocatalisadores sob luz branca. Para a obtenção destes materiais, utilizou-se o (3-aminopropil)trietoxisilano (APTES) como ponte molecular entre o TiO2 e as porfirinas. As etapas experimentais do trabalho consistiram em: (I) obtenção e caracterização das porfirinas H2T4CPP e [Zn(T4CPP)] por espectroscopia eletrônica de absorção na região do ultravioleta-visível e por ressonância magnética nuclear; (II) ativação da superfície do TiO2 comercial com NaOH; (III) funcionalização do TiO2 ativado com APTES (TiO2-APTES); (IV) imobilização das porfirinas H2T4CPP e [Zn(T4CPP)] ao material funcionalizado (produzindo TiO2-APTES-H2P e TiO2-APTES-ZnP, respectivamente); (V) avaliação da atividade fotocatalítica dos materiais TiO2-APTES-H2P e TiO2-APTES-ZnP sob luz visível. Os materiais híbridos foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho, espectroscopia Raman, termogravimetria, espectroscopia de reflectância difusa, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e microscopia eletrônica de varredura, sendo a espectroscopia de infravermelho e o XPS fundamentais para a identificação do APTES na superfície do TiO2 e confirmação da formação de uma monocamada do APTES. A espectroscopia de reflectância difusa evidencia a imobilização das porfirinas ao material visto que foi possível observar a presença das bandas referentes às porfirinas (banda Soret e bandas Q) nos espectros de absorção dos materiais contendo porfirina. Experimentos de degradação do paracetamol sob irradiação de luz branca utilizando os materiais como fotocatalisadores foram realizados. Os sistemas utilizando materiais TiO2-APTES-H2P e TiO2-APTES-ZnP apresentaram aproximadamente 40% de degradação do paracetamol quando irradiados, resultado 3,3 vezes maior que o obtido utilizando o TiO2 comercial.

acetaminofeno, catálise heterogênea, Fotocatálise, fotossensibilização, metaloporfirinas

Titanium dioxide (TiO2) is an inorganic semiconductor whose application as a photocatalyst has been studied since the 20th century. Although several studies have demonstrated its efficiency, the use of TiO2, is limited to ultraviolet radiation, which constitutes only 3% of solar radiation. To fully leverage solar radiation, many research efforts have focused on modifying TiO2, either through doping or the use of photosensitizers, to yield materials capable of absorbing energy in the visible region of the spectrum. This work aimed to prepare TiO2-based hybrid materials incorporating the porphyrins 5,10,15,20-tetrakis(4-carboxyphenyl)porphyrin (H2T4CPP) and zinc(II) 5,10,15,20-tetrakis(4-carboxyphenyl)porphyrin ([Zn(T4CPP)]), and to evaluate their application as photocatalysts under white light. To achieve this, (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) was used as a molecular bridge between the TiO2 and the porphyrins. The experimental procedure comprised the following steps: (I) obtaining and characterizing of the porphyrins H2T4CPP and [Zn(T4CPP)] using UV-Vis electronic absorption spectroscopy and nuclear magnetic resonance; (II) activating the commercial TiO2 surface with NaOH; (III) functionalizing the activated TiO2 with APTES (resulting in TiO2-APTES); (IV) immobilizing the porphyrins H2T4CPP and [Zn(T4CPP)] onto the functionalized material, thereby producing TiO2-APTES- H2P and TiO2-APTES-ZnP, respectively; (V) evaluating the photocatalytic activity of the TiO2-APTES- H2P and TiO2-APTES-ZnP materials under visible light. The prepared materials were characterized using infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, thermogravimetry, diffuse reflectance spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning electron microscopy. Notably, infrared spectroscopy and XPS were fundamental for identifying APTES on the TiO2 surface and confirming the formation of a APTES monolayer. Diffuse reflectance spectroscopy provided evidence for successful immobilization of the porphyrins onto the material, as their characteristic absorption bands (Soret band and Q bands) were observed in the spectra of the porphyrin-containing materials. Photocatalytic degradation experiments of acetaminophen were conducted under white light irradiation using the prepared materials. The systems employing TiO2-APTES- H2P and TiO2-APTES-ZnP exhibited approximately 40% of acetaminophen degradation upon irradiation, a result 3.3 times greater than that achieved with commercial TiO2.

acetaminophen, heterogeneous catalysis, metalloporphyrins, Photocatalysis, photosensitization