Síntese de óxidos de grafeno decorados com nanocubos de óxido de cobre I para a eletrocatálise da redução de nitrito

Abstract

A crescente industrialização e o uso intensivo de tecnologias modernas, como a agricultura de precisão e sistemas de irrigação avançados, têm trazido inúmeros benefícios para a sociedade, mas também têm gerado impactos ambientais significativos. Entre esses impactos, a poluição das águas é um dos mais preocupantes, afetando ecossistemas aquáticos e a saúde humana. A contaminação dos rios por nitritos, em particular, é um problema ambiental crítico, resultante principalmente do uso excessivo de fertilizantes agrícolas e efluentes domésticos e industriais. Esses compostos nitrogenados são intermediários na oxidação de amônia a nitrato e na redução de nitrato, contribuindo significativamente para a poluição das águas e eutrofização de corpos d’água. Diante desse cenário, a busca por soluções sustentáveis para a remoção de nitritos das águas residuais tem se intensificado. Neste contexto, o projeto proposto envolve a preparação e caracterização de catalisadores eficientes para a redução de nitritos. Os materiais desenvolvidos consistem em nanocompósitos de óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO) decorados com nanopartículas de óxido de cobre (Cu2O). Os suportes à base de GO serão preparados pelo método de Hummers modificado e por termo redução controlada em atmosfera de argônio. As nanopartículas de Cu2O serão sintetizadas pelo método de Zhan. A ancoragem da fase catalítica nos diferentes suportes será feita em meio coloidal contendo fase catalítica e suporte, com posterior lavagem, centrifugação e liofilização. A caracterização físico-química dos materiais será realizada por técnicas como Difração de Raios-X (DRX), Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS – Espectroscopy by dispersive energy). A atividade catalítica frente à redução de nitritos e seu mecanismo serão avaliados pela técnica eletroquímica convencional de Voltametria Cíclica (CV – Ciclic Voltametry). Espera-se como resultado desse projeto uma melhor compreensão dos aspectos fundamentais da reação e a influência das características dos suportes, a fim de melhorar a atividade catalítica frente à redução de nitritos.

Growing industrialization and the intensive use of modern technologies, such as precision agriculture and advanced irrigation systems, have brought numerous benefits to society, but have also generated significant environmental impacts. Among these impacts, water pollution is one of the most worrying, affecting aquatic ecosystems and human health. The contamination of rivers by nitrites, in particular, is a critical environmental problem, resulting mainly from the excessive use of agricultural fertilizers and domestic and industrial effluents. These nitrogen compounds are intermediates in the oxidation of ammonia to nitrate and in the reduction of nitrate, contributing significantly to water pollution and the eutrophication of water bodies. Given this scenario, the search for sustainable solutions for removing nitrites from wastewater has intensified. In this context, the proposed project involves the preparation and characterization of efficient catalysts for nitrite reduction. The materials developed consist of graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO) nanocomposites decorated with copper oxide (Cu2O) nanoparticles. The GO-based supports will be prepared by the modified Hummers method and by controlled thermal reduction in an argon atmosphere. The Cu2O nanoparticles will be synthesized using the Zhan method. The catalytic phase will be anchored to the different supports in a colloidal medium containing the catalytic phase and the support, with subsequent washing, centrifugation and freeze-drying. The physical-chemical characterization of the materials will be carried out using techniques such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The catalytic activity in the reduction of nitrites and its mechanism will be evaluated using the conventional electrochemical technique of cyclic voltammetry (CV). The outcome of this project is expected to be a better understanding of the fundamental aspects of the reaction and the influence of the characteristics of the supports in order to improve the catalytic activity against nitrite reduction.