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Master's Dissertation
DOI
Document
Author
Full name
Chubraider Xavier
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Azevedo, Eduardo Bessa (President)
Avansi Junior, Waldir
Vieira, Eny Maria
Paris, Elaine Cristina
Title in Portuguese
Otimização da síntese de compósitos rGO/g-C3N4 para a fotodegradação de poluentes orgânicos empregando-se o bisfenol A como modelo
Keywords in Portuguese
bisfenol A
fotocatálise heterogênea
g-C3N4
otimização
planejamento experimental
rGO
Abstract in Portuguese
O objetivo do presente trabalho foi a otimização, via metodologia de superfície de resposta, da síntese de compósitos de nitreto de carbono grafítico e óxido de grafeno reduzido, por via úmida, para aplicação em fotodegradação de poluentes orgânicos, empregando-se como poluente-modelo o Bisfenol A (BPA) em meio aquoso e em concentrações ambientais (100 µg L-1). O nitreto de carbono foi obtido por pirólise da melamina, enquanto o óxido de grafeno reduzido foi obtido a partir do grafite por um método de Hummers modificado e posteriormente reduzido com hidrazina em refluxo após a impregnação em g-C3N4. A impregnação se baseou em auto-montagem por interação eletrostática via tratamento sonoquímico esfoliativo em pH 3,0, em que os materiais apresentam cargas opostas. Inicialmente, três fatores foram estudados para a formação dos compósitos: o teor mássico de óxido de grafite utilizado, o tempo de sonicação da mistura das suspensões dos materiais precursores esfoliados por ultrassom de ponteira e a quantidade de hidrazina utilizada para redução do óxido de grafeno. Para tanto realizou-se um planejamento inicial de dois níveis e três fatores com réplicas em todos os pontos. Após o ajuste de um modelo linear e de se determinar região ótima percorrendo-se o caminho de máxima inclinação, um Planejamento Composto Central foi utilizado para se otimizar a reação. A quantidade de hidrazina empregada não se mostrou estatisticamente significativa nos níveis estudados. As condições ótimas de síntese foram: 16% em massa de GrO, 8,5 min de sonicação da mistura. A hidrazina foi fixada em seu nível baixo (1:4 GrO em massa). A remoção do BPA chegou a aproximadamente 65% após 0,5 h de adsorção no escuro e 1 h de irradiação, utilizando-se 0,05 g L-1 do compósito. O material obtido com as condições ótimas foi aproximadamente 2,7 vezes mais ativo que o obtido com as condições encontradas na literatura. O sistema reacional apresentou baixas fotólise (3%) e adsorção no escuro (22%). Em termos texturais, o material obtido apresenta área superficial específica maior (86 m2 g-1) que a da matriz original de g-C3N4 (26 m2 g-1) sem o tratamento sonoquímico. Para o compósito otimizado, a estrutura lamelar do g-C3N4 foi preservada no compósito conforme os perfis dos difratogramas de pó. A superfície dos precursores e do compósito mostraram-se bastante puras. As análises de DRS mostraram que as propriedades de separação de carga do compósito não diferem muito do bandgap do g-C3N4 puro (2,7 eV).
Title in English
rGO/g-C3N4 composites synthesis optimization for the photodegradation of organic pollutants using bisphenol A as a model
Keywords in English
bisphenol A
experimental design
g-C3N4
heterogeneous photocatalysis
optimization
rGO
Abstract in English
The objective of this work was the optimization of the synthesis of grafitic carbon ni-tride and reduced graphene oxide composites by Response Surface Metodology for the photodegradation of organic pollutants, using bisphenol A as a model pollutant in aque-ous medium and environmental concentrations (100 µg L-1). Carbon nitride was ob-tained by pyrolysis of melamine, while the reduced graphene oxide was obtained from grafite by a modified Hummers method. The graphene oxide formed was later reduced by hydrazine in reflux after the impregnation in g-C3N4. The synthesis was based on a self-assembly via eletrostatic interaction and exfoliative sonochemical treatment at pH 3.0, condition in which the materials presented opposite charges. Initially three factors were studied for the composites fabrication: the graphite oxide mass content, the sonication period of the precursor mixture, which was exfoliated by a sonotrode and the amount of hydrazine used for reducing graphene oxide. An initial experimental design with two levels and three factors and replicas at all points was carried out. After determining a linear model and finding the optimum region along the path of steepest ascent, a Central Composite Design was performed to optmize the reaction. The amount of hydrazine employed was not statistically significant within the levels studied. The optimum conditions of syhthesis were 16% in mass of graphite oxide and 8.5 min of soni-cation of the mixture. Hydrazine was set at its low level (1:4 to GrO in mass). The BPA removal reached approximately 65% after adsorption (30 min in the dark) and 1 h of irradiation with 0.05 g L-1 composite. The obtained material according to the optimal conditions was approximately 2.7 times more active than the one obtained using the conditions found in the literature. The reaction system presented low photolysis (3%) and adsorption (22%). Texturally speaking, the obtained material had greater specific surface area (86 m2 g-1) than the original g-C3N4 matrix (26 m2 g-1). In textural terms, the g-C3N4 lamelar structure was preserved in the composite according to the powder dif-fractograms profiles. The surface of precursors and composite was quite pure. DRS analyses showed that the charge separation properties of the composite do not signifi-cantly differ from the pure g-C3N4 bandgap (2.7 eV).

 
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Publishing Date
2019-04-24
 
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