Carlos Tavares Centro de Física da Universidade do Minho ctavares@fisica.uminho.pt

1. 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

2. 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.

3. 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.

4. 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

5. Mecanismo da fotocatálise

6. Aplicações na indústria www.nanobest.co.kr Pilkington

7. Aplicações na indústria

8. Aplicações na Engenharia Civil

9. Aplicações na Engenharia Civil

10. Aplicações antibacterianas

11. Laboratório de Catálise de Materiais

12. 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

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

14. Nanotubos de Carbono para a catálise STRUCTURALORDER CNT BASEDCOMPOSITES MECHNICALPROPERTIES Elevada resistência mecânica Boa flexibilidade Boa resiliência

15. CSIC – ICB de Madrid

16. Síntese Hidrotérmica de nanotubos de TiO2 1) 10M NaOH, 135°C Anatase powder TiO2 nanotubes 2) 0.1M HCl TiO2 Multiwall nanotubes: OD = 7-10nm; ID = 4-5nm TiO2 nanoparticles on TiO2 nanotubes

17. 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) Removing the alumina template TiO2 nanotubes

18. Universidade do Minho

19. 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

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

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

22. 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

23. 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.

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

25. Reactor solar fotocatalítico

26. Universidade da Corunha

27. 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

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

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