Nanoarquitecturas com propriedades fotocatalíticas e antibacterianas para o desenho de produtos amigos do ambiente Carlos Tavares Centro de Física da Universidade do Minho ctavares@fisica.uminho.pt www.fisica.uminho.pt/grf

Introdução Nos últimos anos tem havido um interesse crescente na área dos semicondutores fotoquímicos, relacionado com desenvolvimento de materiais fotocatalíticos, em particular em indústrias com tratamento de águas residuais, com benefício para o meio ambiente e saúde. Os revestimentos através de filmes finos nanocristalinos de titânia (TiO2 - dióxido de titânio) são indicados como revestimentos fotoactivos, devido à capacidade intrínseca fotocatalítica de remover poluentes orgânicos dissolvidos numa determinada superfície por acção directa dos raios ultravioletas (UV) do nosso espectro solar.

Objectivos do Projecto INL - Laboratório Internacional Ibérico de Nanotecnologia Este projecto visa a a preparação de nanopartículas funcionais e filmes finos nanocristalinos mecanicamente robustos com uma eficiência fotocatalítica elevada. A sua aplicação será testada na produção industrial de azulejos/tijoleira cerâmica com o objectivo de integrar propriedades fotocatalíticas e antibacterianas no desenho de um produto amigo do ambiente. Alguns produtos orgânicos utilizados em aplicações comerciais são potencialmente cancerígenos e mutagénicos, tendo sido referidos como substâncias prioritárias nas mais recentes Directivas Comunitárias relacionadas com qualidade de ar de espaços interiores e no tratamento de efluentes industriais.

Equipa Luso-Espanhola Laboratório de Catálise de Materais (LCM), Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Consejo Superior de Investigaciones Científicas - Instituto de Carboquímica (CSIC-IC), Saragoça Centro de Física da Universidade do Minho Universidade de A Coruña (UDC), Corunha Poceram, Produtos Cerâmicos SA, Coimbra

Mecanismo da fotocatálise

Aplicações na indústria www.nanobest.co.kr Pilkington

Aplicações na indústria

Aplicações na Engenharia Civil

Aplicações na Engenharia Civil

Aplicações antibacterianas

Laboratório de Catálise de Materiais

Catalizadores de duas fases Two-phase catalysts MWNT-TiO2: Carbon phase: Multiwalled Carbon Nanotubes (MWNT), High purity (>98%) Sinthesized by catalytic chemical vapor deposition of ethylene with a Fe/Al2O3 catalyst Commercially available (Shenzen NTP, China) Semiconductor oxide phase: Titanium dioxide (TiO2) Prepared by a acid modified sol-gel method MWCNT (5, 10, 20, 40) : TiO2 (100) w/w

Fotocatálise: CNT/TiO2 hn Pollutant CO2 + H2O CNT-TiO2 CNT-TiO2 O2 h TiO2 O2 e CB VB CNT HO + H+  H2O HO + H+ TiO2 e VB CB h h+ CNT(H2)-TiO2 CNT-TiO2 13

Nanotubos de Carbono para a catálise Elevada resistência mecânica Boa flexibilidade Boa resiliência STRUCTURAL ORDER MECHNICAL PROPERTIES CNT BASED COMPOSITES

CSIC – ICB de Madrid

Síntese Hidrotérmica de nanotubos de TiO2 1) 10M NaOH, 135°C Anatase powder TiO2 nanotubes 2) 0.1M HCl Multi-wall TiO2 nanotubes were synthesized by a hydrothermal method following the procedures described in the literature. Commercial anatase powder (Aldrich 248576) was mixed with 10M NaOH and stirred for 24h at 135°C in a Teflon-lined autoclave. The product was then washed with water and 0.1M hydrochloric acid, filtered in a Büchner funnel, and dried. The conditions and time for the washing stage greatly control the final material nanostructure. The morphology of as-synthesized TiO2 nanotubes was characterized by scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM). Nanotubes have outer diameters between 7 and 10 nm, and inner diameters of approximately 5 nm. TEM images showed four wall nanotubes with an interwall spacing of 0.5 nm. TiO2 Multiwall nanotubes: OD = 7-10nm; ID = 4-5nm TiO2 nanoparticles on TiO2 nanotubes

Síntese de nanotubos de TiO2: matriz padrão Vacuum treatment TITANIUM PRECURSOR Ti Isopropoxide Doping Thermal Treatment Alumina template: Anodise 25 from Whatman (pore size = 200 nm) TiO2 nanotubes were synthesized by a template procedure including a vacuum impregnation of the template with liquid titanium precursors. The duration of the vacuum stage was observed to be critical for the correct impregnation of the template. The precursors tested for the TiO2 nanotube synthesis were titanium isopropoxide, titanium propoxide, titanium butoxide, and titanium chloride. An annealing stage at 500°C in air or inert atmospheres was applied after the impregnation to convert all the titanium into crystalline anatase TiO2. Alumina membranes were utilized as the template for the synthesis of nanotubes with diameters around 200 nm. The alumina templates were removed with a mixture of phosphoric and chromic acid after the impregnation and annealing stages. Removing the alumina template TiO2 nanotubes

Universidade do Minho

Síntese de filmes de TiO2 por sol-gel Dipper Electro- balance Symmetric compression of the monolayer by two inter-linked surface barriers PTFE trough Wilhelmy plate

Filmes de Langmuir-Blodgett Partículas de TiO2 rodeadas por surfactante catiónico CTAB, foram depositadas em filmes de Langmuir-Blodgett

TiO2 preparation by 2D sol-gel process in Langmuir-Blodgett films Photodegradation of Phenol using TiO2 in Langmuir-Blodgett Films

Pulverização reactiva por magnetrão Alvos puros de Ti Fontes pulsadas dc Pressão de base ~ 10-5 Pa Substratos de metal, polímero, cerâmico, têxtil, vidro … Espessura: 50-2000 nm

Experiências de irradiação UV-Vis São utilizados corantes têxteis como simuladores de poluentes. Os revestimentos fotocatalíticos são imersos no corante dentro de uma cuvete de quartzo. Utiliza-se uma lâmpada de Xénon de de 150 W como simulador solar.

Deposição em substratos de PVDF-,- and TrFE

Reactor solar fotocatalítico

Universidade da Corunha

Objectivos de análise química Obtenção de informação de análises espectroscópicas e termodinâmicas referentes a espécies com tempos de vida curtos provenientes de poluentes aquáticos Elucidar os mecanismos inerentes ao processo fotocatalítico

Elucidar os mecanismos de reação para processos de fotólise directa 28 28

Agradecimentos FCT pelo financiamento do projecto do INL: Nano/NTec-CA/0046/2007 Action 540 »PHONASUM«