Preparação e caracterização de nanomateriais para serem utilizados como fotocatalizadores no tratamento de águas contaminadas por medicamentos

Tese de mestrado, Química, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010Actualmente, existe uma grande preocupação ambiental devido à detecção de medicamentos em efluentes, nomeadamente, o Ibuprofeno. O método de fotoelectrodegradação tem despertado interesse científico no tratamento de efluentes, pois tem apresentado resultados favoráveis quando aplicado à eliminação de medicamentos persistentes no meio ambiente. Assim, o principal objectivo deste trabalho foi preparar materiais (nanocompósitos de Zn-TiO2) passíveis de serem aplicados como fotonânodos na fotoelectrodegradação do Ibuprofeno. Através da electrodeposição galvanostática pulsada, foram preparados electrodepósitos de nanocompósitos Zn-TiO2, para os quais foram estudados dois parâmetros, o perfil de onda quadrada aplicado e a composição da solução electrolítica. Para o perfil de onda quadrada verificou-se a influência da frequência de impulso (17 e 42 Hz). Constatou-se que para uma frequência de 42 Hz obtêm-se electrodepósitos mais cristalinos e com uma maior incorporação de partículas de TiO2. Em relação à composição da solução electrolítica estudou-se a influência do H3BO3 e da concentração de partículas de TiO2 na electrodeposição do Zn-TiO2. Verificou-se que a função do H3BO3 depende da natureza do substrato, e tanto o H3BO3 como as partículas de TiO2 influenciam a estrutura e morfologia da matriz metálica, bem como a reacção da libertação de hidrogénio. A conversão da matriz de Zn em ZnO foi obtida por oxidação térmica dos electrodepósitos Zn-TiO2, a 450 ºC, mediante a aplicação de diferentes perfis de aquecimento. Esta conversão foi bem sucedida devido ao baixo tamanho de cristalite da matriz metálica. Os electrodepósitos, de Zn-TiO2 modificados, foram usados com sucesso na fotoelectrodegradação do Ibuprofeno (IB), resultando numa taxa de remoção de IB, COD e TOC de 35 %, 44 % e 33 %, respectivamente.Nowadays, there is a major environmental concern due to the detection of drugs in wastewater, including ibuprofen. The photoelectrodegradation is focused on the scientific interest in wastewater treatment because it has shown sucessful results when applied to the elimination of persistent drugs in the environment. Thus, the main goal of this work was to prepare photoanode materials (nanocomposites) that can be applied in the photoelectrodegradation of ibuprofen. Zn-TiO2 electrodeposites were prepared by pulsed galvanostatic electrodeposition, where two process parameters were studied, the square wave profile and the composition of the electrolytic solution. For the square wave profile, the influence of pulse frequency was analyzed and the results show, that for a frequency of 42 Hz electrodeposites more crystalline and with a greater incorporation of TiO2 particles were obtained. Concerning the composition of the electrolytic solution, the effect of H3BO3 and the TiO2 particles concentration were studied. It was found that the role of H3BO3 depends on the nature of the substrate. Both H3BO3 and TiO2 particles influence the structure and morphology of the metal matrix, and hydrogen reaction. The conversion of the Zn matrix in ZnO were obtained by thermal oxidation at 450 ºC of the Zn-TiO2 electrodeposites, applying different heating profiles. This conversion was well succeded due to the low crystallite size of the metal matrix. The Zn-TiO2 electrodeposites modified were used successful in the photoelectrodegradation of ibuprofen (IB), resulting in a removal rate of IB, COD and TOC of 35 %, 44 %, and 33 %, respectively