Degradation of volatile organic compounds in gas phase by photocatalysis with UV Light, TiO2 and TiO2/Pt

Orientador: Edson TomazDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Compostos orgânicos voláteis, ou COV, são uma importante classe de poluentes do ar comumente encontrados na atmosfera ao nível do solo, nos centros urbanos e industriais. O tratamento de COV provenientes de fontes industriais através da fotocatálise heterogênea é uma técnica eficiente para a degradação de baixas concentrações de uma grande gama de compostos orgânicos diferentes (hidrocarbonetos, aromáticos, alcóois, cetonas, etc) operando em condições ambientes. Um dos problemas que ainda impede sua aplicação industrial é a desativação do catalisador e por isso muitos grupos de pesquisa têm se dedicado ao estudo desta técnica na tentativa de melhorá-la e solucionar estes entraves. A atividade fotocatalítica do TiO2 pode ser melhorada pela adição de metais na sua superfície. Neste trabalho, preparou-se catalisadores de TiO2 por impregnação de Pt (1% m/m). A platina foi reduzida com NaBH4, fazendo-se posteriormente caracterização por DRX, XPS, UV ¿Vis, BET, Quimissorção de H2 e MEV/EDS para a validação do método de síntese. Todas as técnicas confirmaram que o método de redução com NaBH4 não modifica estruturalmente o TiO2, mantendo a sua cristalinidade e a razão de anatase/rutilo. A técnica de XPS indicou a presença de metal em estado de oxidação reduzido. Para o estudo da influência da impregnação de Pt no óxido titânio, foram realizados experimentos de fotocatálise em um reator recoberto com TiO2puro, e em um reator recoberto com TiO2/Pt variando-se a concentração de entrada (de 50 à 500 ppmv) ou o tempo de residência (de 10 à 50 s) para os COV n-octano, iso-octano, n-hexano e ciclohexano. Utilizou-se reatores tubulares com volume interno de 1160 ml com os catalisadores, dióxido de titânio puro ou modificado, imobilizados na parede interna dos reatores. A fonte de radiação UV foi uma lâmpada do tipo germicida de 100W de potência, caracterizada por comprimentos de onda de 254 nm (banda de emissão UV-C). As concentrações na entrada e na saída do reator foram analisadas através de um monitor contínuo de hidrocarbonetos do tipo FID. A adição de platina ao TiO2 gera uma melhoria na eficiência fotocatalítica nas reações de oxidação de COV; a conversão dos COV utilizando o catalisador impregnado com platina atingiu 99 % de conversão, enquanto que TiO2 puro atingiu, no máximo 93%Abstract: Volatile organic compounds, or VOC, are an important class of air pollutants commonly found in the atmosphere at ground level in urban and industrial centers. The treatment of VOC from industrial sources by oxidative photodegradation is presented as a good alternative. These systems are promising as pollution control technology, since they can decompose low concentrations of VOC efficiently and in ambient conditions. The recombination of electrons and holes formed on the surface of TiO2 is a factor that limits the photocatalytic efficiency. For this reason, many efforts have been made to maximize the separation of charges, in order to improve the photocatalytic efficiency. A proposed alternative is to add noble metals to TiO2 structure. This work aims to study the degradation of volatile organic compounds by heterogeneous photocatalytic oxidation using ultraviolet light, bare TiO2 and TiO2 impregnated with 1% w/w platinum as catalysts. TiO2 catalysts were prepared by impregnating Pt on TiO2 structure by reduction method with NaBH4. The photocatalysts were characterized using analytical techniques like XRD, XPS, UV-Vis Diffuse Reflectance, BET, H2 Chemisorption and SEM/EDS to validate the method of synthesis. All analysis confirmed that the reduction method with NaBH4 do not structurally modify TiO2, keeping its crystallinity and the ratio of anatase/rutile. XPS indicates the presence of metal in reduced oxidation state. To study the influence of the impregnation of platinum on titania, after synthesis and characterization, the study of gas-solid heterogeneous photocatalytic oxidation of some VOC was carried out at room temperature with annular plug flow reactors (1160 ml), one coated with pure TiO2 and another coated with TiO2/Pt, the catalysts were immobilized on reactor¿s internal walls. The photocatalystic tests were performed for n-octane , iso-octane, n-hexane and ciclohexane varying the inlet concentration (from 50 to 500 ppm) or residence time (from 10 to 50 s). The light source was an UV lamp (100 W, wavelengths with a maximum intensity at 254 nm. Reactants and products concentrations were analyzed using a continuous monitoring with a total hydrocarbon analyzer with flame ionization detector (FID). The addition of platinum to TiO2 improves photocatalytic efficiency of oxidation of VOC; conversion of the VOC using impregnated catalyst reached 99%, whereas pure TiO2 was at most 93%. No título do trabalho, a fórmula TiO2 deve vir com o "2" em subscrito, pois trata-se da fómula química da substânciaMestradoProcessos em Tecnologia QuímicaMestra em Engenharia Químic