Pesquisa pode viabilizar a eliminação de resíduos químicos de corante industrial do meio ambiente

Grace Kelly Quarteiro Ganharul, egressa do Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados da UFABC, pesquisou, durante o doutorado, a síntese de duas famílias de semicondutores – TiO2 (óxidos) e CsPbI3 (perovskitas de haletos) – e a caracterização de suas propriedades físicas (estruturais, morfológicas, ópticas e fotocatalíticas).

Materiais semicondutores micro e nanoestruturados têm atraído muita atenção da comunidade científica, em virtude de suas inúmeras aplicações tecnológicas. Aplicações que envolvem interações com a radiação eletromagnética – como células solares, dispositivos emissores de luz e fotodegradação da matéria orgânica – estão entre as mais pesquisadas.

Nesta tese de doutorado, as duas referidas famílias de semicondutores foram analisadas em ensaios de fotodegradação de um composto orgânico – o azul de metileno –, dissolvido em metanol e utilizando um simulador solar. O objetivo principal era obter um melhor entendimento sobre sua síntese e suas propriedades físicas, isoladamente e formando heteroestruturas e compósitos que podem melhorar a eficiência fotocatalíticas de materiais.

Segundo a pesquisadora, uma das principais contribuições de seu trabalho é viabilizar, por meio de um processo rápido e de baixo custo, a quebra da molécula do azul de metileno, um corante largamente utilizado na indústria, possibilitando sua efetiva eliminação do meio ambiente – e não apenas sua transferência de fase, como ocorre nos processos convencionais de fotocatálise.

Além de doutora em Nanociências e Materiais Avançados pela UFABC, Grace Kelly é mestra em Engenharia Mecânica pelo Centro Universitário da FEI, e Engenheira Mecânica Automobilística. Atualmente, trabalha como tutora on-line e produtora de conteúdos para disciplinas de cursos de engenharia de duas instituições de ensino superior.

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Dados | Egressa 

Nome completo 
Grace Kelly Quarteiro Ganharul 

Formação acadêmica (cursos e instituições) 
∙ Doutora em Nanociências e Materiais Avançados pela Universidade Federal do ABC (2022);
∙ Mestre em Engenharia Mecânica pelo Centro Universitário da FEI (2012);
∙ Graduada em Engenharia Mecânica Automobilística pelo Centro Universitário da FEI (2008);
∙ Técnica em Laboratório Industrial pela ETE Lauro Gomes (1999);
∙ Técnica em Processamento de Dados pelo CIM Profa. Alcina Dantas Feijão (1999). 

Profissão / experiência profissional 
∙ Unidade Central de Educação Faem Faculdade (2022 - atual).
Tutora on-line e produtora de conteúdos para disciplinas dos cursos de Engenharia de Produção e Engenharia Mecânica.

∙ VG Educacional (2022 - atual).
Tutora on-line e produtora de conteúdos para disciplinas dos cursos de Engenharia.

∙ Universidade Anhanguera de São Paulo (2013-2020) | Professora titular;
∙ Johnson Controls do Brasil Automotive (2005-2013) | Engenheira coordenadora de testes;
∙ Mercedes-Benz do Brasil (2004-2005) | Estagiária na área de motores à combustão interna;
∙ Goodyear do Brasil Produtos de Borracha (2004) | Estagiária na área de manutenção;
∙ Volkswagen do Brasil (2000-2004) | Compradora técnica da ferramentaria. 

Programa de pós-graduação e curso (mestrado ou doutorado) concluído na UFABC 
Doutorado em Nanociências e Materiais Avançados. 

Como sua trajetória neste curso de pós-graduação na UFABC contribuiu para sua formação? 
Esse curso de pós-graduação contribuiu enormemente para a minha formação, tanto pessoal quanto como pesquisadora. Auxiliou-me no desenvolvimento e aprofundamento do pensamento crítico, no desenvolvimento do meu senso crítico para estar apta a fornecer sempre as melhores soluções aos problemas da área, além de permitir que eu desenvolvesse habilidades de pesquisa e de ensino na área de Nanociências e de Nanotecnologia.

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Dados | Tese 

Título 
Síntese e caracterização das propriedades físicas de amostras semicondutoras de TiO2 E CsPbI3: aplicações em fotodegradação 

Data da defesa
7 de fevereiro de 2022 

Nome do orientador
Prof. Dr. José Antonio Souza 

Linha de pesquisa 
Materiais funcionais avançados

Link para a tese

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Questões | Pesquisa 

Qual o tema da sua pesquisa e por que o escolheu? 
Os materiais semicondutores micro e nanoestruturados têm atraído muita atenção da comunidade científica, devido às suas inúmeras aplicações tecnológicas. Aplicações envolvendo interação com a radiação eletromagnética (como células solares, dispositivos emissores de luz e fotodegradação da matéria orgânica) foram as que mais atraíram a minha atenção.

Nesse sentido, neste trabalho foi realizado um estudo envolvendo a síntese de duas famílias de semicondutores – TiO2 (óxidos) e CsPbI3 (haletos) –, e a caracterização de suas propriedades estruturais, morfológicas, ópticas e fotocatalíticas. As duas referidas famílias de semicondutores foram utilizadas em ensaios de fotodegradação do azul de metileno dissolvido em metanol, usando um simulador solar.

A formação de compósitos e a fabricação de heteroestruturas envolvendo essas amostras semicondutoras foram realizadas com o objetivo de melhorar a dinâmica dos portadores de carga, o que resultou em um aumento no desempenho fotocatalítico. O estudo da atividade de fotodegradação indicou que os compósitos TiO2/CsPbI3 têm um desempenho muito melhor do que heteroestruturas e fases puras sob as mesmas condições de irradiação de luz. 

Quais eram seus objetivos (gerais e específicos)?
O objetivo geral era obter um melhor entendimento sobre a síntese e as propriedades físicas de semicondutores, isoladamente e formando heteroestruturas e compósitos que podem melhorar a eficiência fotocatalíticas de materiais. Assim, o objetivo era sintetizar compostos semicondutores e estudar as propriedades estruturais, morfológicas, ópticas e fotocatalíticas de duas famílias de interesse: TiO2 e perovskitas de haleto CsPbI3.
Para alcançar o objetivo geral, foram definidas as seguintes etapas (objetivos específicos):
I. Sintetizar TiO2 e CsPbI3 utilizando diferentes sistemáticas;
II. Caracterizar suas propriedades estruturais, morfológicas e ópticas;
III. Correlacionar a influência dos parâmetros de síntese com as propriedades físicas;
IV. Caracterizar a eficiência na degradação do azul de metileno dos semicondutores produzidos;
V. Fabricar compósitos e heteroestruturas de TiO2 e perovskitas de haleto CsPbI3, e estudar suas propriedades estruturais, morfológicas, ópticas e fotocatalíticas. 

Como foi sua realização (materiais e métodos, metodologia, corpus etc.)?
Sínteses solvotérmica e hidrotérmica; espectroscopia na região do ultravioleta-visível (UV-Vis); difração de raios-x; microscopia eletrônica de varredura; ressonância paramagnética de elétrons (EPR); espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-x (XPS); dispositivo supercondutor de interferência quântica (SQUID); e simulador solar. 

Quais foram os desafios enfrentados?
O principal desafio encontrado foi a necessidade de sintetizar as amostras e realizar os ensaios durante a pandemia, quando o acesso à universidade estava extremamente limitado, mas com a colaboração dos professores envolvidos esse desafio foi vencido com sucesso. 

Quais foram os principais resultados alcançados? 
Os compostos TiO2 e CsPbI3 foram sintetizados com sucesso por meio das rotas propostas. Temperaturas de síntese não resultaram em mudanças significativas nos bandgaps, porém, afetaram significativamente a eficiência da fotodegradação. O tratamento térmico não se mostrou capaz de promover um aumento significativo da eficiência da fotodegradação. A fase anatase apresentou uma melhor atividade fotocatalítica quando comparada à fase rutilo, devido à presença de íons Ti3+ induzidos por vacâncias de oxigênio. Os compósitos apresentaram um melhor desempenho fotocatalítico do que a anatase, a perovskita e até mesmo as heteroestruturas. O processo de fotodegradação conduzido por TiO2 é dependente de O2, enquanto o processo conduzido pela perovskita é independente. Os dados sugerem a ocorrência de dois mecanismos concomitantes no TiO2, enquanto na perovskita as reações de superfície são mais pronunciadas. Para aplicações fotocatalíticas, o compósito pode ser um material mais eficiente, enquanto para efeito de mineralização do corante, a heteroestrutura é preferencial. 

Descreva, resumidamente, a importância acadêmica e social de sua pesquisa, isto é, sua contribuição para o universo científico e o cotidiano das pessoas. 
Partindo do princípio de que a busca por uma melhor qualidade de vida levou ao aumento do consumo, e, por consequência, iniciou a geração de grandes quantidades de resíduos químicos – prejudiciais aos humanos e aos animais –, torna-se necessária a sua eliminação do meio ambiente.
Nesse sentido, uma das principais contribuições deste trabalho é viabilizar a quebra da molécula do azul de metileno, um corante largamente utilizado na indústria, possibilitando sua efetiva eliminação – e não apenas sua transferência de fase, como ocorre nos processos convencionais de fotocatálise. Além disso, trata-se de um processo rápido e de baixo custo.