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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
 
Autor: Oliveira, Haroldo Gregório
Título: Tratamento de Efluentes por Energia Solar: Fotocatálise Heterogênea Eletro-assistida Utilizando Eletrodos de TiO2 Nanocristalino e Células Solares
Ano: 2008
Orientadora: Profa. Dra. Claudia Longo
Departamento: Físico-Química
Palavras-chave: TiO2, Fotocatálise eletro-assitida, Fenol, Tratamento de efluentes
Resumo: Desenvolveu-se um novo sistema para tratamento de água por fotocatálise heterogênea eletroassistida (FHE) constituído por um contraeletrodo de Pt e fotoeletrodo de TiO2 conectado a uma celula solar. O fotoeletrodo foi preparado pela deposição de um filme de nanopartículas de TiO2 em eletrodo transparente. O filme, com c.a. 4 mm de espessura, apresentou ótima transparência na região do visível, morfologia uniforme e estrutura porosa. A caracterização eletroquímica revelou comportamento típico de eletrodo semicondutor tipo-n. A atividade fotocatalítica foi investigada para oxidação de fenol em solução aquosa. Na configuração para fotocatálise heterogênea (FH), sob 100 mW cm- de irradiação policromática em banco óptico, o fotoeletrodo de TiO2 (1 cm) apresentou potencial de circuito aberto, Voc = 0,6 V e corrente de curto circuito, Isc = 0,03 mA. Sob irradiação e conectado a uma celula de TiO2/corante (Voc = 0,4 V e Isc = 0,64 mA), o sistema FHE apresentou Voc = 1 V e Isc = 0,05 mA. Na ausência de irradiação e sob aplicação de +1,1 V com um potenciostato, configuração eletroquímica (EQ), obteve-se Isc ~ 1 mA. Após 3 h, a mineralização de fenol, avaliada por medidas de carbono orgânico total, corresponderam a 24, 12 e 5 % para FHE, FH e EQ respectivamente. O sistema para tratamento de água foi investigado sob irradiação solar direta e com um simulador solar (lâmpada de vapor metálico). Na configuracao FH, obteve-se mineralização de 35 % após 4 h de irradiação. A conexão com uma célula solar de Si ou de TiO2/corante, resultou em mineralização de 60 e 80%, respectivamente. Análises de CLAE e espectroscopia UV-Vis indicaram menor concentracao de intermediários nas amostras tratadas com o sistema FHE. Os resultados demonstram que a conexão da célula solar ao eletrodo de TiO2 permite assistir eletroquimicamente o processo de fotocatálise heterogênea, o que resulta em maior mineralização de fenol.
Abstract: A new system for water decontamination by electro-assisted heterogeneous photocatalysis (EHP) was developed. The system consisted of a platinum counter-electrode and a TiO2 film electrode connected to a solar cell. The photoelectrode was prepared by deposition of TiO2 nanoparticles on transparent electrodes. The TiO2 films, c.a. 4 mm thick, were transparent and presented uniform and porous surface. Its electrochemical behavior was typical of an n-type semiconductor electrode. The photocatalytic activity of the TiO2 electrode was investigated for degradation of phenol in aqueous solution. For heterogeneous photocatalysis configuration (HP), under 100 mW cm- of polychromatic irradiation from an optical bench, the TiO2 electrode (1 cm) presented open circuit potential VOC = 0.6 V and short-circuit current ISC = 0.03 mA. Under irradiation and connected to a dye-sensitized TiO2 solar cell (VOC = 0.4 V and ISC = 0.64 mA), the EHP system presented VOC = 1.0 V and ISC = 0.05 mA. When the electrode was biased at + 1.1 V in the dark, electrochemical configuration (EC), ISC = 1 mA. Total Organic Carbon (TOC) measurements revealed 24; 12 and 5 % of phenol degradation for samples treated for 3 h by EHP; HP and EC configuration, respectively. Experiments done under solar irradiation for 4 h, or using a metallic vapor lamp, revealed that HP configuration resulted in 35 % of TOC removal. The EHP process, by connection with silicon or a TiO2/dye solar cell, resulted respectively in 60 and 80 % of pollutant degradation. HPLC and UV-vis spectroscopy indicated smaller concentration of intermediate organic products for the samples irradiated in EPC configuration. The photocatalytic process can be electrochemically-assisted when a solar cell is connected to the TiO2 porous electrode, resulting in a higher efficiency towards phenol degradation.
Arquivo (Texto Completo): 000423937.pdf (tamanho: 1,42MB)

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