Nome do Projeto
Investigação das propriedades físico-químicas de óxidos metálicos em sistemas core-shell para aplicações fotocatalíticas.
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/07/2020 - 31/07/2023
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
A busca por materiais inovadores, com propriedades que favoreçam o desempenho cada vez maior da tecnologia, leva os pesquisadores a focarem nas propriedades físico-químicas dos materiais tanto na superfície quanto no bulk, criando novas metodologias, aumentando o campo de pesquisa, buscando caracterizações cada vez mais avançadas. Os materiais cerâmicos são um grupo de materiais que apresentam uma área de pesquisa bastante abrangente. As cerâmicas avançadas podem gerar produtos com diversas aplicações, dentre elas estão dispositivos ópticos, materiais biocompatíveis, células solares. O entendimento do processo estrutural, morfólogo e óptico é de crucial importância. Diversos materiais apresentam características interessantes e com potencial aplicação tecnológica. Dentre esses materiais, os sistemas core-shell se destacam pela difícil compreensão do comportamento da superfície e da interface entre os componentes. Serão estudados óxidos metálicos cerâmicos utilizando o método solvotérmico assistido por micro-ondas, o qual é um método versátil apresentando como principal vantagem a redução do tempo e da temperatura de síntese. Este tipo de material apresenta potenciais aplicações tecnológicas, com alto desempenho de propriedades elétricas, ópticas, catalíticas. Neste sentido, durante a seleção de novos materiais, os sistemas core-shell ocupam um papel de destaque, onde a etapa chave do processo de formação dos compostos, que guia o controle da espessura do material que preencherá a superfície (Shell) e a interação dessas superfícies irá permitir a geração e aproveitamento de novos materiais com aplicações inovadoras. Desta forma, neste projeto serão investigadas e otimizadas as propriedades físico-químicas de estruturas cerâmicas do tipo core-shell obtidas por métodos de síntese química para aplicações em fotocatálise.

Objetivo Geral

O projeto tem como objetivo investigar e otimizar as propriedades físico-químicas de sistemas core-shell de óxidos metálicos obtidos a partir do métodos de síntese química para aplicações em fotocatálise.

Justificativa

Os materiais cerâmicos são um grupo de materiais que apresentam uma área de pesquisa bastante abrangente. As cerâmicas avançadas podem gerar produtos com diversas aplicações, dentre elas estão dispositivos ópticos, materiais biocompatíveis, células solares. O entendimento do processo estrutural, morfólogo e óptico é de crucial importância. Diversos materiais apresentam características interessantes e com potencial aplicação tecnológica. Dentre esses materiais, os sistemas core-shell se destacam pela difícil compreensão do comportamento da superfície e da interface entre os componentes. Serão estudados óxidos metálicos cerâmicos utilizando o método solvotérmico assistido por micro-ondas, o qual é um método versátil apresentando como principal vantagem a redução do tempo e da temperatura de síntese. Este tipo de material apresenta potenciais aplicações tecnológicas, com alto desempenho de propriedades elétricas, ópticas, catalíticas. Neste sentido, durante a seleção de novos materiais, os sistemas core-shell ocupam um papel de destaque, aonde a etapa chave do processo de formação dos compostos, que guia o controle da espessura do material que preencherá a superfície (Shell) e a interação dessas superfícies irá permitir a geração e aproveitamento de novos materiais com aplicações inovadoras.
O projeto tem como intenção também, fortalecer as atividades científicas e tecnológicas na área de processamento não convencional de materiais cerâmicos avançados na Universidade Federal de Pelotas (UFPel). Isso permitirá o estudo e desenvolvimento das propriedades físico-químicas de vários materiais avançados, resultando na formação de recursos humanos, graduandos e pós-graduandos.

Metodologia

Obtenção dos óxidos cerâmicos:
Em sínteses por métodos químicos como sol-gel, precursores poliméricos e solvotérmico assistido por micro-ondas, utilizam solventes, como água (H2O), etanol, mistura de solventes e ou etilenoglicol (EG), acima da sua temperatura de ebulição, em recipientes selados, sendo usadas na produção de materiais sólidos e, recentemente, nanopartículas. Antes do processo de aquecimento são adicionados aos solventes os precursores referentes ao composto a ser sintetizado, os quais devem ser solúveis neste meio (solvente). O uso de recipientes selados e a utilização de temperaturas na faixa de 100ºC a 200ºC fazem com que sejam atingidas altas pressões, tornando possível a obtenção de fases estáveis as quais apenas seriam obtidas por outros métodos de tratamentos térmicos de altas temperaturas. O funcionamento do método mencionado acima consiste na utilização de um micro-ondas com um dispositivo de controle acoplado e um compartimento adequado para a célula reacional. A célula reacional é constituída por: válvula de segurança; monômetro, para monitoramento da pressão; compartimento reacional; e termopar, para verificação da temperatura do meio. O compartimento reacional é composto de
PTFE (politetrauoretileno), por ser um material transparente as radiações de microondas e praticamente inerte (Raubach, 2012, Ferrer, 2012, Moreira, 2010). Os óxidos cerâmicos que serão produzidos são o titananto de estrôncio (SrTiO3), pentóxidod e nióbio (Nb2O5), óxido de zinco (ZnO) entre outros, todos recobertos com sulfeto de Zinco (ZnS). Seguirá a metodologia utilizada nos trabalhos do grupo que estão detalhados em Raubach, (2012), Ferrer, (2012), Moreira, (2010). Serão realizadas sínteses do STO e do STO recoberto com o ZnS (STO@ZnS) usando o método HAM, inicialmente será preparada uma solução de 0,001 mols de cloreto de estrôncio em 50 mL de H2O destilada com 0,001 mols de isopropóxido de Titânio
gotejado com uma pipeta de precisão nesta solução, uma segunda solução de 0,030 mols de hidróxido de potássio em 50 mL de H2O será preparada e após a dissolução foi adicionada a 1ª solução. Após agitação e homogeneização da solução, a mesma será transferida a uma autoclave de teflon a ser acoplada a um forno de microondas (2.450 MHz). As suspensões serão aquecidas em diferentes temperaturas.
Para os sistemas core-shell será realizada sínteses seguindo a metodologia empregada por Raubach (2012) variando as concentrações do material de revestimento. No procedimento de síntese iremos utilizar para a preparação dos materiais um reator acoplado a um forno de microondas. Este dispositivo foi montado, tomando-se como base um forno de microondas Panasonic®, Modelo MN-S46B, com
frequência de 2.450 MHz e 800 W de potência. Deste equipamento, a magnétron (válvula termiônica para gerar microondas) foi desligada do controle do painel e então ligada a um controlador externo de temperatura. Desta forma, o controle de envio de potência à magnétron passou a ser feito pelo controlador acoplado. A célula reacional foi construída em Teflon® (politetrafluoretileno) espesso de 3 cm. O aquecimento do sistema se dará devido à direta interação da radiação (microondas) com o solvente.
Após a síntese, o material obtido será centrifugado e lavado diversas vezes até que o pH = 7 seja alcançado. Depois de lavadas as amostras serão secas.

Indicadores, Metas e Resultados

Metas:
- Obter óxidos metálicos por diferentes métodos de síntese química.
- Avaliar estruturalmente e morfologicamente as propriedades dos materiais obtidos;
- Obter um fotocatalisador promissor para degradação de corantes industriais.

Resultados Esperados:
- Obtenção de diferentes óxidos cerâmicos com propriedades catalíticas favoráveis para degradação de corantes ou fármacos;
- Fortalecer as atividades científicas e tecnológicas;
- Formação de recursos humanos, graduando e pós-graduandos.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
AMANDA APARECIDA GOMES
ANDRIELE LANGE DA ROSA
CRISTIANE WIENKE RAUBACH RATMANN10
CÁTIA LIANE ÜCKER
ERICA DA COSTA CAMPOS
FÁBIO CALCAGNO RIEMKE
GUSTAVO DA SILVA DALENOGARE
JOÃO PAULO CERQUEIRA DOS SANTOS FELIX
JULIANA ZANOL4
LUANA RICARDO FARIAS
LUCAS RAFAEL QUIRINO DE ANDRADE
MAICON DINAEL UCKER
MARCELO LUCAS VITALE
MARIO LUCIO MOREIRA2
MATEUS MENEGHETTI FERRER
PEDRO LOVATO GOMES JARDIM2
RENATO DE GOUVEIA CANTONEIRO
SERGIO DA SILVA CAVA2
SUELEN RODRIGUES ALMEIDA
VERIDIANA GEHRKE
VITOR GOETZKE

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