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Desenvolvimento e avaliação de heterojunções semicondutor/ZnO/xerogel de carbono na fotodegradação de 4-clorofenol em reator de leito fluidizado e em reator em batelada

Processo: 18/10492-1
Modalidade de apoio:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de outubro de 2018 - 30 de setembro de 2020
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Liana Alvares Rodrigues
Beneficiário:Liana Alvares Rodrigues
Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
Pesquisadores associados:Maria Lucia Caetano Pinto da Silva
Assunto(s):Semicondutores  Heterojunção  Catalisadores  Óxido de zinco  Fotocatálise 
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:fotocatalise | g-C3N4 | heterojunção | Óxido de Zinco | semicondutores | xerogel de carbono | ZnO | ZnS | catalisadores

Resumo

Neste projeto, pretende-se explorar o desenvolvimento de fotocatalisadores híbridos semicondutor/ZnO/xerogel de carbono, visando aumentar a eficiência quântica do processo de degradação de poluentes orgânicos, sendo esta, a maior inovação tecnológica, considerando que o efeito catalítico deste sistema ternário nunca foi estudado na literatura. O ZnO foi escolhido por possuir elevado desempenho na descontaminação de efluentes aquosos, devido a sua eficiente geração de H2O2, maiores taxas de reação e mineralização, maior numero de sítios ativos e alta reatividade superficial. Contudo, sua absorção de radiação na região visível é limitada e o tempo de recombinação das cargas fotogeradas é baixo, ocasionando uma baixa eficiência fotocatalítica. Com isso, para melhorar a eficiência do ZnO tem-se que intensificar a excitação do semicondutor sob irradiação visível e diminuir a recombinação do par h+/e-. Uma maneira eficaz de aumentar sua fototividade é acoplá-lo a outro semicondutor por meio de heterojunções do tipo II ou de esquema Z. Nestes tipos de heterojunções, o potencial das bandas de condução e de valência dos semicondutores são diferentes, promovendo a transferência de carga fotogenerada entre eles, aumentando o tempo de recombinação e, consequentemente, a atividade fotocatalítica do material. No caso deste projeto, o semicondutor a ser acoplado ao ZnO deverá possuir banda condução (BC) mais negativa do que a do material supracitado, sendo o ZnS e o g-C3N4 selecionados para tal fim. No entanto, estes sistemas binários possuem área superficial e tempos de recombinação baixos, o que reduz substancialmente suas atividades fotocatalíticas. Adicionalmente, o problema da baixa área superficial será suprimido pelo acoplamento do (g-C3N4 ou ZnS)/ZnO com xerogel de carbono (XC), pois este apresenta excelente condutividade elétrica, elevada área superficial e porosidade, além de sua estrutura porosa ser facilmente manipulada por modificações nos parâmetros de síntese. Será usado tanino ao invés de resorcinol como precursor do XC, o que irá diminuir os custos e impactos ambientais, além de acrescentar valor à inovação tecnológica proposta. A espectroscopia por refletância difusa será a técnica empregada para determinação da energia de gap das amostras e da quantidade de poluente orgânico persistente adsorvido nas mesmas. A morfologia, a análise elementar, e a estrutura cristalina dos materiais obtidos serão determinadas por microscopia eletrônica de varredura, espectrômetria de energia dispersiva, e difratometria de raios X, respectivamente. A ação fotocatalítica do material será avaliada através da decomposição de 4-clorofenol em reator em batelada e reator de leito fluidizado. (AU)

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Publicações científicas (25)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
JULIANA GIANCOLI MARTINS DE SOUSA; NICOLAS PERCIANI DE MORAES; CLARICE MOREIRA GOES; GUSTAVO VIÉGAS JUCÁ DANTAS; MARIA LUCIA CAETANO PINTO DA SILVA; LIANA ALVARES RODRIGUES. Avaliação das propriedades estruturais e fotocatalíticas de compósitos g-C3N4/ZnO/xerogel de carbono sintetizados com diferentes tipos de tanino. MATERIA-RIO DE JANEIRO, v. 27, n. 1, . (19/03641-3, 18/10492-1, 18/16360-0)
GUSTAVO VIÉGAS JUCÁ DANTAS; NICOLAS PERCIANI DE MORAES; ROBSON DA SILVA ROCHA; ABNER DE SIERVO; MARCOS ROBERTO DE VASCONCELOS LANZA; LIANA ALVARES RODRIGUES. Synthesis and Application of the Ternary Zn0.5Cd0.5S/ZnO/carbon Xerogel Composite in the Photocatalytic Degradation of 4-chlorophenol. MATERIALS RESEARCH-IBERO-AMERICAN JOURNAL OF MATERIALS, v. 25, . (18/16360-0, 18/10492-1)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; BOLDRIN, FLAVIO HENRIQUE COVOLAM; CAMPOS, TIAGO MOREIRA BASTOS; THIM, GILMAR PATROCINIO; YU, LIANQING; LANZA, MARCOS ROBERTO DE VASCONCELOS; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Black-wattle tannin/kraft lignin H3PO4-activated carbon xerogels as excellent and sustainable adsorbents. International Journal of Biological Macromolecules, v. 227, p. 13-pg., . (17/10118-0, 18/10492-1, 18/16360-0, 22/04058-2)
RODRIGUES, KARLA FAQUINE; DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; DOS SANTOS, ALAN SILVA; DO AMARAL MONTANHEIRO, THAIS LARISSA; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES; BRUNELLI, DEBORAH DIBBERN. Enhanced 4-chlorophenol Degradation under Visible and Solar Radiation through TiO2/g-C3N4 Z-Scheme Heterojunction. BIOINTERFACE RESEARCH IN APPLIED CHEMISTRY, v. 13, n. 3, p. 18-pg., . (17/24873-4, 20/12874-9, 18/16360-0, 20/12507-6, 18/10492-1)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; BACETTO, LETICIA ARAUJO; DOS SANTOS, GABRIELA SPIRANDELLI; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; BARROS MACHADO, JOAO PAULO; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Synthesis of novel ZnO/carbon xerogel composites: Effect of carbon content and calcination temperature on their structural and photocatalytic properties. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 45, n. 3, p. 3657-3667, . (18/10492-1, 16/04244-0, 15/08995-7, 16/20920-5)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; CAMPOS, TIAGO MOREIRA BASTOS; THIM, GILMAR PATROCINIO; DE SIERVO, ABNER; LANZA, MARCOS ROBERTO DE VASCONCELOS; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Application of a new lignin/cellulose carbon xerogel/ZnO/Bi2O3/Bi degrees composite photocatalyst for the degradation of bisphenol-A under sunlight. CHEMICAL PHYSICS IMPACT, v. 6, p. 11-pg., . (14/50945-4, 17/10118-0, 22/04058-2, 18/10492-1, 18/16360-0)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; ROCHA, ROBSON DA SILVA; DE SIERVO, ABNER; DO PRADO, CAIO CESAR ACHILES; DE PAIVA, TERESA CRISTINA BRAZIL; CAMPOS, TIAGO MOREIRA BASTOS; THIM, GILMAR PATROCINIO; LANZA, MARCOS ROBERTO DE VASCONCELOS; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Resorcinol-based carbon xerogel/ZnO composite for solar-light-induced photodegradation of sulfamerazine. Optical Materials, v. 128, p. 11-pg., . (07/54829-5, 07/08244-5, 17/10118-0, 14/50945-4, 18/10492-1, 18/16360-0)
DOS SANTOS, GABRIELA SPIRANDELLI; GOES, CLARICE MOREIRA; MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; CHAGURI, LIVIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Evaluation of ZnO/Carbon Xerogel Composite as a Photocatalyst for Solar and Visible Light Degradation of the Rhodamine B Dye. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, v. 21, n. 4, p. 2292-2301, . (17/03428-2, 18/16360-0, 19/03641-3, 16/20920-5, 18/10492-1)
NICOLAS PERCIANI DE MORAES; LETICIA ARAÚJO BACETTO; CLARICE MOREIRA GOES; GUSTAVO VIÉGAS JUCÁ DANTAS; MARIA LUCIA CAETANO PINTO DA SILVA; LIANA ALVARES RODRIGUES. Desenvolvimento de compósitos ZnC2O4/xerogel de carbono para degradação fotocatalítica de azul de metileno sob radiação solar. MATERIA-RIO DE JANEIRO, v. 26, n. 2, . (19/03641-3, 18/10492-1, 18/16360-0)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; DOS SANTOS, RAFAELA DIAS MOREIRA; GOUVEA, MAIRA ELIZABETH VICENTE; DE SIERVO, ABNER; ROCHA, ROBSON DA SILVA; REDDY, DEVULAPALLI AMARANATHA; YU, LIANQING; LANZA, MARCOS ROBERTO DE VASCONCELOS; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Solar-based photocatalytic ozonation employing novel S-scheme ZnO/Cu2O/CuO/carbon xerogel photocatalyst: effect of pH, salinity, turbidity, and temperature on salicylic acid degradation. Environmental Science and Pollution Research, v. 30, n. 43, p. 20-pg., . (14/50945-4, 17/10118-0, 22/04058-2, 18/10492-1, 18/16360-0)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; DE SIERVO, ABNER; SILVA, TAYNARA OLIVEIRA; ROCHA, ROBSON DA SILVA; REDDY, D. AMARANATHA; YU LIANQING; DE VASCONCELOS LANZA, MARCOS ROBERTO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Kraft lignin-based carbon xerogel/zinc oxide composite for 4-chlorophenol solar-light photocatalytic degradation: effect of pH, salinity, and simultaneous Cr(VI) reduction. Environmental Science and Pollution Research, v. N/A, p. 17-pg., . (18/10492-1, 14/50945-4, 07/54829-5, 07/08244-5, 17/10118-0, 18/16360-0)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; TOREZIN, FERNANDA AZZONI; JUCA DANTAS, GUSTAVO VIEGAS; MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; GAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. TiO2/Nb2O5/carbon xerogel ternary photocatalyst for efficient degradation of 4-chlorophenol under solar light irradiation. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 46, n. 10, A, p. 14505-14515, . (13/02762-5, 18/16360-0, 18/12035-7, 18/10492-1, 17/10118-0)
JUCA DANTAS, GUSTAVO VIEGAS; DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; BACANI, REBECA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Facile synthesis of cadmium sulfide and the effect of thermal annealing in N-2-rich atmosphere on its structural, morphological, chemical, and optical properties. Materials Chemistry and Physics, v. 277, . (18/16360-0, 18/10492-1)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; ROCHA, ROBSON DA SILVA; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; LANDERS, RICHARD; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Facile preparation of Bi-doped ZnO/beta-Bi2O3/Carbon xerogel composites towards visible-light photocatalytic applications: Effect of calcination temperature and bismuth content. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 46, n. 15, p. 23895-23909, . (13/02762-5, 18/16360-0, 18/12035-7, 18/10492-1, 17/10118-0)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; GOES, CLARICE MOREIRA; SPERANDIO, DANIEL COUTO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; PARAMASIVAM, THANGADURAI; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Development of a new zinc oxide/tin oxide/carbon xerogel photocatalyst for visible light photodegradation of 4-chlorophenol. MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING B-ADVANCED FUNCTIONAL SOLID-STATE MATERIALS, v. 269, . (18/16360-0, 18/10492-1, 17/10118-0, 19/03641-3, 13/02762-5, 18/12035-7)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; ANSELMO, RODRIGO BARBOSA; BACANI, REBECA; SARTOR, LUIS OTAVIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES; CHAGURI, LIVIA. Effect of fluoride on the properties of spray-dried niobium-based composites: structure, porosity, particle size, morphology, and photoactivity. Chemical Engineering Communications, . (19/07046-2, 17/03428-2, 18/10492-1, 18/16360-0)
MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; CHICUTA DA SILVA, THIAGO VIEIRA; DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Visible light-driven ZnO/g-C3N4/carbon xerogel ternary photocatalyst with enhanced activity for 4-chlorophenol degradation. Materials Chemistry and Physics, v. 256, . (13/02762-5, 17/10118-0, 18/10492-1, 18/16360-0, 18/12035-7)
VALIM, RICARDO B.; TREVELIN, LEANDRO C.; SPERANDIO, DANIEL C.; CARNEIRO, JUSSARA F.; SANTOS, MAURO C.; RODRIGUES, LIANA A.; ROCHA, ROBSON S.; LANZA, V, MARCOS R.. Using carbon black modified with Nb2O5 and RuO2 for enhancing selectivity toward H2O2 electrogeneration. JOURNAL OF ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING, v. 9, n. 6, . (11/14314-1, 17/10118-0, 16/12597-0, 18/10492-1, 19/00239-0, 13/16690-6, 13/02762-5, 14/50945-4)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; TOREZIN, FERNANDA AZZONI; JUCA DANTAS, GUSTAVO VIEGAS; MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; GAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. TiO2/Nb2O5/carbon xerogel ternary photocatalyst for efficient degradation of 4-chlorophenol under solar light irradiation. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 46, n. 10, p. 11-pg., . (18/16360-0, 18/12035-7, 18/10492-1, 17/10118-0, 13/02762-5)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; DOS SANTOS, GABRIELA SPIRANDELLI; NEVES, GABRIEL COSTA; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; LANDERS, RICHARD; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Development of Nb2O5-doped ZnO/Carbon xerogel photocatalyst for the photodegradation of 4-chlorophenol. OPTIK, v. 219, . (18/12035-7, 17/10118-0, 18/10492-1, 13/02762-5, 18/16360-0)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; CAETANO PINTO SILVA, MARIA LUCIA; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Effect of synthesis medium on structural and photocatalytic properties of ZnO/carbon xerogel composites for solar and visible light degradation of 4-chlorophenol and bisphenol A. COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS, v. 584, . (18/10492-1, 17/10118-0, 18/16360-0, 13/02762-5, 18/12035-7, 16/20920-5)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; ANSELMO, RODRIGO BARBOSA; SARTOR, LUIS OTAVIO; JUCA DANTAS, GUSTAVO VIEGAS; RODRIGUES, LIANA ALVARES; CHAGURI E CARVALHO, LIVIA. Spray drying as feasible processing technique to enhance the photocatalytic activity of the Nb2O5/carbon xerogel composite. Materials Letters, v. 273, . (17/03428-2, 18/10492-1, 18/16360-0)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; VALIM, RICARDO BERTHOLO; ROCHA, ROBSON DA SILVA; CAETANO PINTO DA SILVA, MARIA LUCIA; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILTNAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Zinc oxide/carbon xerogel composites for photocatalytic applications developed through acidic and alkaline synthesis routes: structural, morphological, and photocatalytic evaluations. JOURNAL OF NANOPARTICLE RESEARCH, v. 22, n. 6, . (13/02762-5, 18/10492-1, 18/16360-0, 18/12035-7, 17/10118-0, 16/20920-5)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; ANTONIO ROUPINHA, LAIS HELENA; DOS SANTOS, GABRIELA SPIRANDELLI; CANUTO DE MENEZES, BEATRIZ ROSSI; MARTINS DE SOUSA, JULIANA GIANCOLI; JUCA DANTAS, GUSTAVO VIEGAS; CHAGURI, LIVIA; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Synthesis, characterization and application of Nb2O5-doped zinc oxide for solar-based photodegradation of 4-chlorophenol. Materials Letters, v. 275, . (13/02762-5, 18/16360-0, 18/12035-7, 18/10492-1, 17/10118-0)
DE MORAES, NICOLAS PERCIANI; DE SIERVO, ABNER; BASTOS CAMPOS, TIAGO MOREIRA; THIM, GILMAR PATROCINIO; RODRIGUES, LIANA ALVARES. Structure-directing ability of the kraft-lignin/cellulose carbon xerogel for the development of C-Nb2O5 sunlight-active photocatalysts. JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY A-CHEMISTRY, v. 441, p. 12-pg., . (18/16360-0, 18/10492-1)

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