Remoção fotoeletrocatalítica do antibiótico ciprofloxacina usando um fotoanodo baseado em hematita modificada com materiais de bismuto
| dc.contributor.advisor1 | Moraes, Fernando Cruz de | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8597473049054728 | |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-1485-8003 | |
| dc.contributor.author | Feitosa, Maria Helena Alves | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/2168357554124780 | |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0003-2501-644X | |
| dc.date.accessioned | 2025-03-12T12:13:37Z | |
| dc.date.issued | 2024-12-18 | |
| dc.description.abstract | Emerging contaminants are chemical substances or microorganisms that, although not yet widely regulated, have raised increasing concerns due to their potential environmental and public health impacts. From this perspective, this research addresses the environmental issues related to these contaminants and the risks they pose to various living organisms, highlighting the importance of developing analytical methods to investigate the degradation pathways of ciprofloxacin. The objective of this work was to synthesize nanostructured materials, characterize them and apply them in the fabrication of photoanodes for application in photoelectrocatalytic processes. The electrodes were characterized by electrochemical, morphological, structural and optical techniques. For this purpose, hematite films, bismuth-based materials and their respective composites were obtained in order to investigate their applicability in the photoelectrochemical degradation of ciprofloxacin. The optimized photoanode FTO/Fe2O3/BiOI@BiOBr was used as the working electrode in an electrochemical reactor with a volumetric capacity of 500 mL, containing ciprofloxacin at a concentration of 3.0 × 10–5 mol L–1, under constant application of a working potential of +2.0 V, with ultraviolet radiation of 9.0 W. Parameters such as pH, concentration of the supporting electrolyte, ciprofloxacin concentration, working potential and composition of the photoanode were evaluated. The photoanode revealed a degradation rate higher than 90 % and a mineralization rate of approximately 52 % after 1 hour of process. In parallel, mass spectrometry experiments revealed the formation of fourteen byproducts, allowing the proposal of a three-step degradation pathway. Therefore, the FTO/Fe2O3/BiOI@BiOBr photoanode proved to be an excellent catalytic material, presenting environmental relevance by promoting the efficient degradation of ciprofloxacin in one hour of process, with favorable energy expenditure. | eng |
| dc.description.resumo | Contaminantes emergentes são substâncias químicas ou microrganismos que, embora ainda não sejam amplamente regulamentados, têm despertado crescente preocupação devido aos seus potenciais impactos ambientais e à saúde pública. Nessa perspectiva, esta pesquisa aborda a problemática ambiental relacionada a esses contaminantes e os riscos que representam para diversos organismos vivos, destacando a importância do desenvolvimento de métodos analíticos para investigar os caminhos de degradação da ciprofloxacina. O objetivo deste trabalho foi sintetizar materiais nanoestruturados, caracterizá-los e aplicá-los na fabricação de fotoanodos para aplicação em processos fotoeletrocatalíticos. Os eletrodos foram caracterizados por meio de técnicas eletroquímicas, morfológicas, estruturais e ópticas. Para isso, foram obtidos filmes de hematita, materiais à base de bismuto e seus respectivos compósitos, a fim de investigar sua aplicabilidade na degradação fotoeletroquímica de ciprofloxacina. O fotoanodo otimizado FTO/Fe2O3/BiOI@BiOBr foi utilizado como eletrodo de trabalho em um reator eletroquímico com capacidade volumétrica de 500 mL, contendo ciprofloxacina em concentração 3,0 × 10–5 mol L–1, sob aplicação constante de um potencial de trabalho de +2,0 V, com radiação ultravioleta de 9,0 W. Foram avaliados parâmetros como pH, concentração do eletrólito de suporte, concentração de ciprofloxacina, potencial de trabalho e composição do fotoanodo. O fotoanodo revelou uma taxa de degradação superior a 90 % e uma taxa mineralização de cerca de 52 % após 1 hora de processo. As amostras degradadas foram analisadas por UV-vis, determinação de carbono orgânico total e UHPLC-Q-ToF-MS. Assim, o processo de oxidação demostrou alta eficiência, com uma constante cinética k = 3,7 × 10–2 min−1 e um tempo meia-vida de 18,7 min. Além disso, o mecanismo de transferência de carga no material semicondutor do fotoanodo ocorreu por um processo de recombinação de heterojunção do tipo II (esquema Z). Paralelamente, experimentos de espectrometria de massa revelaram a formação de quatorze subprodutos, permitindo propor um caminho de degradação em três etapas. Portanto, o fotoanodo FTO/Fe2O3/BiOI@BiOBr mostrou-se um excelente material catalítico, apresentando relevância ambiental ao promover a degradação eficiente de ciprofloxacina em uma hora de processo, com gasto energético favorável. | |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | |
| dc.description.sponsorshipId | 88887.597449/2021-00 | |
| dc.identifier.citation | FEITOSA, Maria Helena Alves. Remoção fotoeletrocatalítica do antibiótico ciprofloxacina usando um fotoanodo baseado em hematita modificada com materiais de bismuto. 2024. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21527. | por |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/21527 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Ciprofloxacina | |
| dc.subject | Fotoeletrocatálise | |
| dc.subject | Esquema Z | |
| dc.subject | Hematita | |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA | |
| dc.title | Remoção fotoeletrocatalítica do antibiótico ciprofloxacina usando um fotoanodo baseado em hematita modificada com materiais de bismuto | |
| dc.title.alternative | Photoelectrocatalytic removal of the antibiotic ciprofloxacin using a hematite-based photoanode modified with bismuth materials | eng |
| dc.type | Tese |
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