RODRIGO TEIXEIRA BENTO

RODRIGO TEIXEIRA BENTO

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Influence of carbon content and irradiation modes on the antibiotic removal from water using VIS-activated TiO2/expanded graphite composite photocatalysts
2024 - BENTO, RODRIGO T.; PALHARIM, PRISCILA H.; TEIXEIRA, ANTONIO C.S.C.; PILLIS, MARINA F.
TiO2/expanded graphite (TiO2/EG) composite films were applied to water treatment for sulfadiazine (SDZ) degradation in a continuous flat plate photochemical reactor. The films were synthesized by sol-gel method and deposited on borosilicate glass by airbrush spray coating technique, forming a TiO2/C heterojunction. Increasing the amount of carbon promoted more efficient photocatalytic removal of SDZ under simulated sunlight, which increased from 9.1% in the absence of carbon to 49.8% for the material containing 7.5% C. From the formation of the TiO2/C heterojunction, morphological modifications, changes in the electronic structure and reduction of the band gap energy were observed. Type-II heterojunction formation was observed. Foreground and background irradiation modes were investigated, and a possible photocatalytic mechanism was proposed. TiO2/7.5 %-EG exhibited the best photocatalytic performance, with the possibility of reuse. The films showed good reusability in the SDZ degradation over 4 photocatalytic cycles. The influence of irradiation modes and the role of oxidizing species were discussed. The results showed that TiO2/EG hybrid films are a promising alternative for practical photocatalytic applications under sunlight.
Highly stable WO3-Ag-AgCl films for continuous water treatment synthesized using a new low-cost ultrasonic spray-pyrolysis/photoreduction approach
2024 - PALHARIM, PRISCILA H.; GUSMAO, CAROLINA; RAMOS, BRUNO; BENTO, RODRIGO T.; PILLIS, MARINA F.; TEIXEIRA, ANTONIO C.S.C.
This study reports the successful synthesis of WO3-Ag-AgCl films on glass substrates using a simple and cost-effective ultrasonic spray-pyrolysis/photoreduction method, intended for use in continuous flat plate photochemical reactors. A central composite design was used to optimize the amounts of WO3 and AgCl deposited on the substrate. The films synthesized under varying conditions exhibited heterojunctions of WO3 and AgCl, whose photocatalytic efficiency, assessed by the removal of the model contaminant acetaminophen (ACT) under continuous flow, was greatly influenced by the amount of AgCl deposited on the substrate, while that of WO3 had a minimal impact on ACT removal. The film with WO3:AgCl molar ratio of 1.84 showed exceptional stability over 20 h of continuous operation, with only a 4 % reduction in contaminant removal. Additional tests using a real pharmaceutical effluent spiked with ACT confirmed the high (>92 %) ACT removal of this film formulation and its stability; further tests indicated •OH and O2•− as the primary reactive species involved in the photodegradation reaction. Overall, these findings offer promising and cost-effective alternatives for synthesizing highly stable WO3-Ag-AgCl films that are efficient in treating real pharmaceutical effluents containing emerging contaminants using sunlight.
VIS-active TiO2 films decorated by expanded graphite
2024 - BENTO, RODRIGO T.; CORREA, OLANDIR V.; GASTELOIS, PEDRO L.; PILLIS, MARINA F.
TiO2/C nanocomposite films were applied on water treatment. Expanded graphite nanosheets (EG) were obtained by UVC-assisted liquid-phase exfoliation technique, without the addition of acids, surfactants, or aggressive oxidizing agents, which characterizes the process as an eco-friendly method. The carbon nanosheets were synthesized directly from graphite bulk at different times and deposited on TiO2 films surface by airbrush spray coating method, forming a TiO2/C heterojunction. The increase in the exfoliation time promoted a more efficient photocatalytic dye removal under visible light. Morphological modifications, changes in the electronic structure, and wide range of light absorption were observed from the TiO2/C heterojunction formation. The results showed that hybrid TiO2/C supported photocatalyst is a promise alternative for practical photocatalytic applications under sunlight.
Raman spectroscopy applied on the structural characterization of TiO2/expanded graphite films
2023 - BENTO, RODRIGO T.; ABE, IGOR Y.; CORREA, OLANDIR V.; PILLIS, MARINA F.
Photocatalytic heterojunctions obtained from the use of titanium dioxide (TiO2) and carbon based materials are a promising way for the efficient water treatment [1]. The structural properties of the composite photocatalysts are an important characteristic that can influence their photocatalytic behavior [2]. Here, TiO2/expanded graphite (TiO2-EG) films were synthetized by sol-gel and deposited on borosilicate glass substrates by airbrush spray coating method at room temperature. Then, the hybrid films were heat treated at 350, 450 and 550 °C. Raman spectroscopy technique was applied to evaluate the effect of carbon amount and temperature on the structural properties of the films. The films heat treated at 350 °C exhibited a characteristic profile of amorphous material. Raman spectra of composite films heat treated at 450 and 550 °C showed well-defined peaks that can be attributed to anatase-TiO2phase. No peaks related to the rutile or other phases were observed. The investigation revealed that the G and 2D bands present a slight shift, as well as asymmetry, as the carbon content and heat treatment temperature increase – behavior that may be associated with the formation of the semiconductor-C heterojunction. Peaks deconvolution process demonstrated the presence of a second signal not found in the pure films. This effect may indicate a reduction of sp2 domains after the formation of semiconductor-C heterojunction, mainly due to the removal of oxygenated groups during heat treatment, and consequent Ti-C / Ti-O-C bonds formation [3]. The results suggested that the carbon amount and the temperature of heat treatment have great influence on the TiO2 -EG structural properties, which may contribute to the improvement of the photocatalytic activity of the composite films under visible light.
Desenvolvimento de um adaptador de tração motorizado para cadeiras de rodas
2022 - LEITE, A.C.; SANTOS, G.W. dos; VASCONCELLOS, L.A.; SILVA, S.P. da; FERRUS FILHO, A.; PELARIN, A.L.; BENTO, R.T.
No Brasil, atualmente cerca de 46 milhões de pessoas apresentam algum tipo de deficiência, sendo que 7 % correspondem a população que possui algum déficit de mobilidade motora e necessitam de auxílio de cadeiras de rodas para se locomover, e 2,3 % exibem deficiência motora severa. Embora os atuais modelos de cadeiras de rodas facilitem a mobilidade de seus usuários, a funcionalidade e o trabalho realizado durante o seu uso ainda são um desafio desgastante para situações cotidianas, tais como subidas acentuadas, calçadas desniveladas, e esforço extremo dos membros superiores, por exemplo. Tendo em vista as respectivas dificuldades, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas a fim de propor soluções e garantir os direitos civis de mobilidade segura, eficiente e independente aos cadeirantes. A proposta do presente trabalho é desenvolver um adaptador de tração motorizado que pode ser acoplado em qualquer modelo de cadeira de rodas, a fim de auxiliar a reduzir o esforço mecânico do usuário. O projeto atua na área de mobilidade reduzida, visando melhorar a locomoção dos cadeirantes. O sistema empregado para essa corretiva de mobilidade é do tipo plug and play, facilitando assim a utilização do produto. O acoplamento é formado por um conjunto eletromecânico constituído por roda, guidão e garfo, que, ao se encaixar na cadeira de rodas, a transforma em um triciclo elétrico, promovendo maior autonomia, conforto e fácil manuseio, atendendo às necessidades dos usuários. O protótipo foi desenvolvido totalmente de forma artesanal, sua modelagem foi projetada no software SolidWorks, no qual cada peça do adaptador foi simulada considerando diferentes materiais: aço 1045, alumínio 6063-T6 e aço 4340, a fim de avaliar o melhor material para composição do produto. O modelamento e análise estrutural estática pelo Método de Elementos Finitos permitiu concluir que, a partir dos valores de tensão máxima de Von Misés encontradas nas simulações para cada um dos materiais propostos, as peças projetadas suportarão os esforços aos quais elas serão exigidas ao durante sua utilização prática, uma vez que em nenhuma das simulações houve qualquer deformação crítica dos componentes, todos os valores de tensão encontram-se abaixo da tensão de escoamento dos materiais e com coeficientes de segurança extremamente aceitáveis. Com a construção do protótipo funcional do adaptador de tração, foi possível concluir que o desenvolvimento do presente projeto promoveu a criação de um dispositivo mecânico funcional e inovador, proporcionando a inclusão desse grupo à sociedade, visando facilitar o seu conforto e sua mobilidade urbana, a partir da busca por um projeto de menor custo para atender também as classes mais carentes financeiramente. O trabalho merece destaque, por buscar apresentar um projeto de caráter tecnológico, científico e social.
Análise estrutural estática de uma ferramenta de torque para otimização do processo de cintamento de cargas em carretas
2022 - MATA, T.A.; MEDEIROS, E.E.; ARANEDA, E.R.; SILVA, R.C. da; ROMAO, B.R.; FERRUS FILHO, A.; PELARIN, A.L.; BENTO, R.T.
A ergonomia do operador é fator crucial a ser analisado enquanto se desenvolve qualquer processo que integre a confecção e distribuição de um produto. Para a empresa, o investimento em tecnologias que permitam a condução ergonômica das funções do operador resulta em ganho de produtividade e qualidade de vida. Nesse sentido, o objetivo principal do presente trabalho é o desenvolvimento de um protótipo de ferramenta de torque para otimização do processo de cintamento de cargas em carretas, visando reduzir o esforço empregado pelo operador na respectiva atividade. Empregando-se o Método de Elementos Finitos (MEF), foram realizados os cálculos dimensionais, modelagem e simulação baseadas na análise estrutural estática linear e condições de projeto. A simulação foi realizada a partir do refinamento de malha e possíveis geometrias para obtenção dos resultados de máxima tensão pelo critério de resistência de Von Misés. Foram avaliados os materiais aço carbono SAE 1045, aço SAE 4340, aço inox AISI 410 e Inconel 625, caracterizando o seu desempenho sob os esforços solicitados. Os resultados obtidos pela análise de elementos finitos sugerem que o aço inox AISI 410 não suportou os esforços críticos de trabalho. Por outro lado, o aço SAE 1045 apresentou os valores mais satisfatórios, concluindo-se que ele é o material mais indicado para a construção do protótipo.
Síntese e caracterização de filmes nanocompósitos de TiO2/C depositados sobre o aço inoxidável AISI 304
2022 - SANTOS, T.F. dos; BENTO, R.T.; CORREA, O.V.; PILLIS, M.F.
Filmes de TiO2 e TiO2/C foram preparados pelo método sol-gel e aplicados sobre a superfície do aço inoxidável AISI 304 por spray a frio. Inicialmente, grafite natural foi submetido ao processo de esfoliação em fase líquida, onde se obteve grafite expandido. Para tanto, uma suspensão de grafite em solução aquosa contendo isopropanol e acetona foi irradiada por 2h em luz UVC. Foi preparada uma solução de isopropóxido de titânio e isopropanol para a obtenção do sol. O grafite esfoliado, após secagem, foi então adicionado à solução em concentrações entre 2,5 e 10%, razão massa/volume. Os filmes foram secos em estufa a 100ºC e tratados termicamente a temperaturas entre 400 e 500 ºC em forno tubular, sob atmosfera de argônio. Técnicas de difração de raios X, espectroscopia Raman, espectroscopia UV-visível (UV-vis), microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de varredura foram utilizadas na caracterização. Os resultados obtidos confirmam a esfoliação do carbono e a formação da fase anatase em todos os filmes. Resultados de AFM sugerem que a formação da heterojunção semicondutor-carbono, confirmada por espectroscopia Raman, promoveu modificações morfológicas nos filmes, e influenciam o comportamento frente à corrosão do aço revestido, o qual foi avaliado por técnicas de impedância eletroquímica e polarização linear em uma solução aquosa 3,5% NaCl à temperatura ambiente.
Influência da concentração de carbono na morfologia e propriedades fotocatalíticas dos filmes de TiO2/C obtidos via sol-gel
2022 - BENTO, R.T.; CORREA, O.V.; PILLIS, M.F.
A disponibilidade de água potável e a poluição das reservas de água devido a compostos orgânicos descartados de maneira inadequada continua a ser um grave problema ambiental e público. O processo de fotocatálise heterogênea é uma tecnologia verde promissora para a remoção de muitos poluentes da água e do ar. Dentre os materiais semicondutores mais empregados em processos fotocatalíticos, o dióxido de titânio (TiO2) tem sido amplamente investigado como um fotocatalisador promissor na remoção e tratamento de contaminantes orgânicos da água e do ar. No entanto, a atividade fotocatalítica do TiO2 é limitada à radiação ultravioleta, em virtude da elevada energia de band gap necessária para ativar o semicondutor. Dessa forma, sua modificação estrutural e morfológica apresenta-se como um método favorável para aumentar a sua eficiência e permitir o seu emprego sob a luz visível. Pesquisas têm mostrado que catalisadores híbridos de TiO2/C são amplamente estudados devido a sua elevada eficiência fotocatalítica sob luz visível na remoção de corantes e degradação de outros poluentes da água. A presente pesquisa destinou-se a síntese e caracterização de filmes compósitos heteroestruturados de TiO2/C, de modo a obter um material fotocatalisador ativo sob luz visível para degradação de compostos orgânicos. Os filmes foram obtidos pelo método sol-gel utilizando isopropóxido de titânio como fonte de TiO2, e grafite exfoliada como fonte de C, adicionado ao sol nas concentrações de 1, 2,5, 5, 7,5 e 10% (m/v). Após a deposição via spray coating, os filmes foram tratados termicamente a diferentes temperaturas a fim de verificar sua influência no comportamento fotocatalítico dos filmes híbridos. A eficiência fotocatalítica dos filmes foi avaliada na remoção do corante alaranjado de metila da água, sob luz visível. Os resultados obtidos sugerem a formação de heterojunções TiO2/C, que promoveram evidentes modificações morfológicas e estruturais nos filmes, além de provocar um deslocamento da borda de absorção dos filmes para a região visível do espectro eletromagnético. Tal efeito, consequentemente, contribuiu para a elevada melhora na atividade fotocatalítica dos filmes nanocompósitos sob luz visível. A concentração de C e a temperatura de tratamento térmico têm importante efeito nas propriedades de superfície (rugosidade e molhabilidade), bem como na eficiência dos filmes, com destaque para o filme contendo 10% de C, tratado a 450°C, com uma eficiência de 79,5%.
Síntese e caracterização de filmes nanocompósitos de TiO2/C para aplicações fotocatalíticas
2022 - BENTO, RODRIGO T.
O presente trabalho teve como objetivos a síntese, caracterização e avaliação do comportamento fotocatalítico de filmes de dióxido de titânio (TiO2) e filmes nanocompósitos heteroestruturados de TiO2/C. Os filmes foram obtidos pelo método sol-gel, depositados sobre substratos de vidro borossilicato, por meio da técnica de spray coating, e tratados termicamente em diferentes temperaturas. Grafite expandida, esfoliada em diferentes tempos pelo processo de esfoliação em fase líquida, foi utilizada como fonte de carbono. A descoloração do corante alaranjado de metila foi utilizada para investigar a atividade fotocatalítica dos filmes sob irradiação de luz ultravioleta e visível. A influência da temperatura de tratamento térmico, do teor de carbono e de agentes supressores na eficiência dos filmes também foi estudada. Todos os filmes exibiram a formação da fase anatase. A adição de carbono promoveu evidentes modificações morfológicas nos filmes híbridos que resultaram na melhora do seu desempenho. Os testes de remoção do corante indicaram que os filmes de TiO2 apresentam atividade fotocatalítica apenas sob radiação UV, com eficiência de 76,4 %. O filme híbrido de TiO2/10% de C, tratado termicamente a 450 ºC, exibiu o melhor comportamento fotocatalítico, com 79,5 % de remoção do corante sob luz visível. O mecanismo fotocatalítico dos filmes nanocompósitos foi proposto a partir dos resultados obtidos. A heterojunção TiO2/C formada apresenta um comportamento característico de heterojunções do tipo II. Tal efeito contribui para a ativação do fotocatalisador sob luz visível, o que favorece sua aplicação prática sob luz do Sol.
Tribological evaluation of anodized aluminum applied to biomaterials
2022 - PIERETTI, EURICO F.; CORREA, OLANDIR V.; BENTO, RODRIGO T.; NEVES, MAURICIO M. das; ANTUNES, RENATO A.; PILLIS, MARINA F.
Biomaterials surfaces need to be adequate to the function they perform; for this reason, the importance of studying surface finish increases as design requirements grow, regarding geometry and precision requirements in biomedical devices. These biomaterials are subject to several types of premature failure, such as wear, fatigue, micro movements, particle detachment and degradation, which may generate the need for new interventions. Anodizing is an electrolytic passivation process used to increase the thickness of the natural oxide layer on the surface of metal parts. Due to good biocompatibility, regular arrangement of nanopores, ease of control of nanopore diameter, large specific surface area, low cost, good thermal stability and, absence of toxicity, anodic aluminum oxide has been studied. The geometric arrangement of nanopores makes it possible to use alumina as a mold for the synthesis of several nanostructures that have many advantages in advanced application areas due to their unique chemical, physical, mechanical and optical properties. In the present work, the tribological behavior of samples of aluminum alloy AA6061 anodized in oxalic acid solution (C2H2O4) and sulfuric acid (H2SO4) was evaluated. Prior to the anodization stage, the samples were electrolytically polished in a solution of perchloric acid and ethanol. For comparison reasons, pristine surfaces were also evaluated. The sample's surfaces finishing was analyzed by laser confocal microscopy. Atomic force microscopy was also used to evaluate samples roughness and topography. The wear tests were carried out during 10 min, solid spheres of 52-100 chrome steel, with 2 mm in diameter, were used as counter-bodies. The results indicated that the tribological behavior is influenced by the anodized layer process parameters, and the wear rate is dependent of the normal force and the roughness of each sample.