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Tipo: Dissertação
Título: Tecnologia Sustentável e Educação Ambiental: Fotocatálise heterogênea com semicondutor PANI/(TiO2)
Título(s) alternativo(s): Title: Sustainable Technology and Environmental Education: Heterogeneous Photocatalysis with PANI/( TiO2) Semiconductor
Autor(es): Sousa, Lidiene da Penha
Primeiro Orientador: Santos, Lidiaine Maria dos
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Oliveira , Sérgio Botelho de
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Barbosa, Ana Clara de Oliveira Ferraz
metadata.dc.contributor.referee1: Santos, Maria Rita de Cássia
metadata.dc.contributor.referee2: Alves, Thiago Eduardo Pereira
metadata.dc.contributor.referee3: Sousa, Lidiene da Penha
Resumo: A crescente preocupação com os impactos ambientais decorrentes do descarteinadequado de efluentes industriais tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis para o tratamento de águas residuais. Entre essas tecnologias,destaca-se a fotocatálise heterogênea, um processo avançado de oxidação baseadona ativação de semicondutores sob irradiação UV–Vis, capaz de promover a degradação de compostos orgânicos recalcitrantes. Nesse contexto, este trabalho tevecomo objetivo desenvolver e avaliar compósitos de polianilina (PANI) e dióxidode titânio (TiO2), visando à aplicação na fotodegradação do corante sintéticoPonceau 4R, frequentemente presente em efluentes das indústrias têxtil, alimentíciae cosmética. Adicionalmente, foi elaborada uma proposta pedagógica alinhada àBNCC e à Taxonomia de Bloom, fundamentada em experimentação guiada, problematização e produção de recursos didáticos, de modo a favorecer a compreensão deconceitos científicos e a sensibilização para temáticas socioambientais. No âmbitodo tratamento de efluentes, o semicondutor TiO2 é amplamente estudado porsua estabilidade química e baixo custo. Embora frequentemente empregado emaplicações fotocatalíticas, o TiO2 apresenta limitações relacionadas à baixa resposta sob radiação visível e à elevada taxa de recombinação dos pares elétron–buracofotogerados. Essas restrições podem ser mitigadas por modificações no material,incluindo sua associação com outros componentes e o ajuste da composição de fasescristalinas, como a introdução de uma fração controlada de rutilo em uma matrizpredominantemente anatásica, o que pode favorecer a separação e a migração decargas. Nessa perspectiva, propôs-se a obtenção do compósito TiO2/PANI, no quala PANI, por apresentar caráter semicondutor e condutivo, amplia a absorção naregião do visível e atua como meio de transporte de carga, contribuindo para reduzira recombinação e aumentar a eficiência fotocatalítica. Foram obtidos compósitosPANI/TiO2 nas proporções 1:1, 2:1 e 1:2, os quais foram caracterizados por FTIR,DRX, DRS/UV–Vis (curvas de Tauc), TG/DSC, MET e Raman. A análise TG/DSCindicou intensa perda de massa inicial atribuída à desidratação e à remoção deresíduos da síntese, com evento de cristalização em torno de 270 ◦C (anatase) eindício discreto de transformação anatase→rutilo próximo de 450 ◦C (∼ 3%), oque pode estar associado ao desempenho de fotodegradação e ao melhor resultadoobservado na proporção (PANI:TiO2 2:1), que se destacou tanto nas caracterizaçõesquanto nos ensaios fotocatalíticos. As análises estruturais (DRX) indicaram TiO2predominantemente na fase anatase e, nos compósitos, evidenciaram alterações nacristalinidade e no tamanho de cristalito compatíveis com a incorporação da PANI.A espectroscopia Raman corroborou a presença de anatase e indicou interação inter-facial com a PANI. As medidas ópticas (DRS/Tauc) demonstraram redução do bandgap nos compósitos em relação ao TiO2 puro. As micrografias de MET revelarammorfologias distintas, próximas de esféricas, com boa dispersão e homogeneidade, ediâmetros médios sub-10 nm. O conjunto das caracterizações (DRX, MET, FTIR eRaman) evidenciou características mais favoráveis ao desempenho fotocatalítico naproporção 2:1 (PANI:TiO2). Nos ensaios de adsorção e fotocatálise com Ponceau4R, essa mesma proporção apresentou a maior eficiência de degradação (99,73%) ea maior constante aparente de velocidade (k = 0,05180 min-1). As proporções 1:1e 1:2 exibiram eficiências semelhantes (98,30% e 98,35%, respectivamente), sendoque 1:2 apresentou melhor ajuste ao modelo de pseudo-primeira ordem (R2ajustado= 0,9923). Como controle, a fotólise direta mostrou-se pouco eficaz, confirmando anecessidade do fotocatalisador para a remoção eficiente do corante. Conclui-se que aassociação de TiO2 com PANI constitui uma estratégia promissora para a obtençãode fotocatalisadores eficientes e sustentáveis, contribuindo para o avanço de tecnologias limpas e, simultaneamente, oferecendo suporte a uma abordagem formativavoltada à educação e à sustentabilidade, com ênfase em atividades investigativas,reflexão crítica e desenvolvimento de materiais de apoio didático.
Abstract: Growing concern about the environmental impacts resulting from the improper disposal of industrial effluents has driven the development of sustainable technologiesfor wastewater treatment. Among these technologies, heterogeneous photocatalysisstands out as an advanced oxidation process based on the activation of semiconductors under UV–Vis irradiation, enabling the degradation of recalcitrant organiccompounds. In this context, this study aimed to develop and evaluate polyaniline(PANI) and titanium dioxide (TiO2) composites for application in the photodegradation of the synthetic dye Ponceau 4R, which is frequently present in effluents fromthe textile, food, and cosmetic industries. In addition, a pedagogical proposal aligned with the Brazilian National Common Core Curriculum (BNCC) and Bloom’s Taxonomy was developed, grounded in guided experimentation, problematization,and the production of educational resources, in order to foster the understandingof scientific concepts and raise awareness of socio-environmental issues. Within thescope of effluent treatment, the TiO2 semiconductor has been widely studied dueto its chemical stability and low cost. Although frequently employed in photocatalytic applications, TiO2 presents limitations related to its low response under visible radiation and the high recombination rate of photogenerated electron–holepairs. These restrictions can be mitigated through material modifications, includingcoupling with other components and adjusting the crystalline phase composition,such as introducing a controlled rutile fraction into a predominantly anatase matrix, which may favor charge separation and migration. From this perspective, the TiO2/PANI composite was proposed, in which PANI, owing to its semiconductingand conductive character, broadens absorption in the visible region and acts asa charge-transport medium, contributing to reduced recombination and enhancedphotocatalytic efficiency. PANI/TiO2 composites were obtained at 1:1, 2:1, and1:2 ratios and characterized by FTIR, XRD, UV–Vis DRS (Tauc plots), TG/DSC, TEM, and Raman. TG/DSC analysis indicated an intense initial mass loss attributed to dehydration and removal of synthesis residues, with a crystallization eventaround 270 ◦C (anatase) and a subtle indication of anatase→rutile transformationnear 450 ◦C (∼ 3%), which may be associated with the photodegradation performance and with the best result observed for the 2:1 (PANI:TiO2) ratio, which stoodout in both characterizations and photocatalytic tests. Structural analyses (XRD) indicated TiO2 predominantly in the anatase phase and, in the composites, revealedchanges in crystallinity and crystallite size consistent with PANI incorporation.Raman spectroscopy corroborated the presence of anatase and indicated interfacialinteraction with PANI. Optical measurements (DRS/Tauc) showed a reduction inthe band gap in the composites relative to pristine TiO2. TEM micrographs revealeddistinct, near-spherical morphologies with good dispersion and homogeneity, andsub-10 nm average diameters. The set of characterizations (XRD, TEM, FTIR,and Raman) evidenced features more favorable to photocatalytic performance forthe 2:1 (PANI:TiO2) ratio. In adsorption and photocatalysis assays with Ponceau4R, this same ratio achieved the highest degradation efficiency (99.73%) and thehighest apparent rate constant (k = 0.05180 min-1). The 1:1 and 1:2 ratios exhibitedsimilar efficiencies (98.30% and 98.35%, respectively), whereas 1:2 provided thebest fit to the pseudo-first-order model (adjusted R2 = 0.9923). As a control, directphotolysis proved poorly effective, confirming the need for the photocatalyst forefficient dye removal. It is concluded that coupling TiO2 with PANI is a promisingstrategy for producing efficient and sustainable photocatalysts, contributing to theadvancement of clean technologies and, simultaneously, supporting an educationalapproach focused on education and sustainability, with an emphasis on investigativeactivities, critical reflection, and the development of didactic support materials.
Palavras-chave: fotocatálise heterogênea
heterogeneous photocatalysis
tratamento de efluentes
effluent treatment
materiais híbridos
hybrid materials
educação científica interdisciplinar
interdisciplinary science education
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Insitituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás
Sigla da Instituição: IFG
metadata.dc.publisher.department: Câmpus Goiânia
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Tecnologia, Gestão e Sustentabilidade
Citação: SOUSA, Lidiene da Penha. Tecnologia sustentável e educação ambiental: fotocatálise heterogênea com semicondutor PANI/(TiO₂). 2025. Dissertação (Mestrado Profissional em Tecnologia, Gestão e Sustentabilidade) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás, Goiânia, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ifg.edu.br/handle/prefix/2675
Data do documento: 5-Dez-2025
Aparece nas coleções:Mestrado Profissional em Tecnologia, Gestão e Sustentabilidade

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