Crescimento de óxidos nanoestruturados sobre liga de Ti7Nb para processos fotocatalíticos

Crescimento de óxidos nanoestruturados sobre liga de Ti7Nb para processos fotocatalíticos

Author Gomes, Mariany Ludgero Maia Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Rodrigues, Christiane de Arruda Autor UNIFESP Google Scholar
Institution Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Graduate program Química - Ciência e Tecnologia da Sustentabilidade
Abstract This work presents the production of nanotubular photocatalytic oxides on Ti7Nb alloy, made in two ways: as-cast and material subjected to quenching starting at 1000°C and cooled in melting ice, both without going through the process of homegenization. Initially, a study of the alloy substrate was held by undergoing Vickers Microtoughness test, Optical Microscopy test, EDS, DRX and FRX. It was verified the presence of the following phases in both alloys: α, α`, β e ω. The latter was detected by means of Microtoughness tests, and was present in greater quantity in the alloy that was subjected to quenching. The nanotubular photocatalytic oxides were grown by the anodizing process using an aqueous solution containing Fions and a voltage difference of 20V, and were subjected to MEV-FEG and EDS analyses. It was obtained, for all samples, a continuous and regular oxide layer comprising of nanotubes with a mean length of 321 nm and mean internal diameter of 88 nm. EDS trials demonstrated a greater solubility of the Nb on the substrate that undergone to quenching, such that, in the as-cast alloy, regions rich in Nb appeared. Due to the amorphous characteristics of these nanoscale oxides, they were subjected to a thermal treatment to obtain a highly ordered crystalline phase. Heat treatment temperatures varying from 450°C to 650°C were investigated aiming to obtain crystalline nanotubular oxides with high photoactivity. The presence of Nb delayed the transition temperature from anatase to rutilo, and the best temperatures for the crystallization of samples of Ti7Nb in the as-cast form and quenched at 1000°C were 450°C and 550°C, respectively. Studies of the optical properties were performed using DRS techniques, and it was possible to verify that there was an increase in the photocatalytic efficiency of the oxide grown on the alloys in relation to the TiO2 due to a shift of the absorption into the visible region (alloy under quenching) and due to the reduction of the recombination rate of the photogenerated charges (as-cast alloy), confirmed by the RAMAN spectroscopy techinique. A study of the stability of the oxide layer grown on the Ti7Nb alloy prepared under quenching at 1000°C was carried out and no changing was observed. Photocurrent values of the oxide nanolayer grown on the Ti7Nb alloys were higher than that of the TiO2, both in the visible and in the UV-Vis light, with higher efficiency for the as-cast alloy. This efficiency was confirmed on the photocatalytic degradation of the Reactive Blue 4 (RB4) textile dye, where a reduction of 99.99% on the solution coloring and a reduction of 86.13% of the organic load was obtained after 180 min of photoelectrocatalytic treatment, under 1.2V and 80W UV radiation.

Este trabalho apresenta a produção de óxidos fotocatalíticos nanotubulares sobre liga de Ti7Nb, confeccionada de duas formas: bruta de fusão e material submetido a têmpera a partir de 1000°C e resfriado em gelo fundente, ambas sem passar pelo processo de homegenização. Inicialmente, foi feito um estudo do substrato das ligas por meio de testes de Microdureza Vickers, Microscopia Óptica, EDS, DRX e FRX. Foi constatada a presença das seguintes fases em ambas as ligas: α, α`, β e ω. Esta útlima foi detectada por meio de ensaios de microdureza, presente em maior quantidade na liga submetida à têmpera. Os óxidos fotocatalíticos nanotubulares foram crescidos pelo processo de anodização utilizando uma solução aquosa contendo íons F - e uma diferença de voltagem de 20V, e submetidos a análises de MEV-FEG e EDS. Foi obtida, para todas as amostras, uma camada de óxido contínua e regular composta por nanotubos com uma média de 321 nm de comprimento e 88 nm de diâmetro interno. Ensaios de EDS demonstraram uma maior solubilidade do Nb no substrato sob têmpera, de modo que na liga de bruta de fusão surgiram regiões ricas em Nb. Devido às características amorfas desses óxidos nanoescalares, estes foram submetidos a um tratamento térmico para a obtenção de uma fase cristalina altamente ordenada. Temperaturas de tratamento térmico variando de 450 a 650°C foram investigadas visando a obtenção de óxidos nanotubulares cristalinos com alta fotoatividade. A presença de Nb retardou a temperatura de transição de anatase para rutilo, sendo que as melhores temperaturas para a cristalização das amostras de Ti7Nb na forma bruta de fusão e temperada a 1000°C foram de 450°C e 550°C, respectivamente. Estudos de propriedades ópticas foram realizados empregando as técnicas de DRS, e foi possível verificar que houve um aumento da eficiência fotocatalítica do óxido crescido sobre as ligas em relação ao TiO2 devido a um deslocamento da absorção para a região do visível (liga sob têmpera) e pela redução da taxa de recombinação das cargas fotogeradas (liga bruta de fusão), confirmados pela técnica de espectroscopia RAMAN. Um estudo da estabilidade da camada de óxido crescida sobre a liga Ti7Nb prepada sob têmpera a 1000°C foi realizado e nenhuma alteração foi observada. Valores de fotocorrente da nanocamada de óxido crescido sobre as ligas Ti7Nb foram superiores ao do TiO2, tanto no visível quanto sob luz UV-Vis, com maior eficiência para a liga bruta de fusão. Essa eficência foi confirmada na degradação fotocatalítica do corante têxtil Reactive Blue 4 (RB4), onde uma redução de 99,99% da coloração da solução e redução de 86,13% da carga orgânica foi obtido após 180 min de tratamento fotoeletrocatalíco, sob 1,2 V e radiação UV de 80W.
Keywords Heterogeneous photoelectrocatalysis
Ti7Nb Alloy
Nanotubular oxides
Semiconductor
Degradation of organic compounds
Fotoeletrocatálise heterogênea
Liga Ti7Nb
Óxidos nanotubulares
Semicondutor
Degradação de compostos orgânicos
Language Portuguese
Sponsor Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Date 2018-10-05
Research area Desenvolvimento e Aplicações de Materiais Sustentáveis
Knowledge area Ciências da Sustentabilidade
Publisher Universidade Federal de São Paulo
Extent 106 p.
Origin https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=6746556
Access rights Closed access
Type Dissertation
URI https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/52835

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Name: Dissertação - Mariany Ludgero Maia Gomes.pdf
Size: 3.395Mb
Format: PDF
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