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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39893| Título: | Desenvolvimento e avaliação de um sistema de baixo custo para caracterização da eficiência fotocatalítica na degradação de corantes orgânicos |
| Título(s) alternativo(s): | Development and evaluation of a low-cost system for the characterization of photocatalytic efficiency in the degradation of organic dyes |
| Autor(es): | Ott, Yuri Werner |
| Orientador(es): | Viana Junior, Emilson Ribeiro |
| Palavras-chave: | Águas residuais - Purificação Fotocatálise Corantes e tingimento - Aspectos ambientais Dióxido de titânio Cinética química Monitorização ambiental Sewage - Purification Photocatalysis Dyes and dyeing - Environmental aspects Titanium dioxide Chemical kinetics Environmental monitoring |
| Data do documento: | 3-Dez-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | OTT, Yuri Werner. Desenvolvimento e avaliação de um sistema de baixo custo para caracterização da eficiência fotocatalítica na degradação de corantes orgânicos. 2026. Dissertação (Mestrado em Física e Astronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025. |
| Resumo: | Corantes orgânicos presentes em águas residuais podem ser tóxicos, perigosos e potencialmente cancerígenos. A fotodegradação é uma técnica eficaz para o tratamento desses compostos, pois utiliza fotocatalisadores capazes de degradar poluentes com maior eficiência. Neste trabalho foi desenvolvido um micro reator de fotocatálise portátil, acessível e integrado à nuvem, chamado MicroPhotoReact (MPR), projetado para caracterizar a fotodegradação de corantes orgânicos em tempo real. A concentração dos corantes é monitorada ao longo do tempo através da lei de Beer-Lambert, que relaciona a absorbância de luz à concentração. Essa abordagem representa uma melhoria em relação aos métodos tradicionais que utilizam um espectrômetro UV-Vis, que exigem grande volume de solução e várias réplicas para cada ponto experimental, além de demandarem horas de coleta de dados. O sistema desenvolvido utiliza um microcontrolador ESP32 para coleta e envio de dados à nuvem, junto a dispositivos de controle e medição, como LEDs, sensores de luz TEMT6000, bomba de água e sensores de fluxo. Três corantes utilizados como padrões em experimentos de fotocatálise: Azul de Metileno, Rodamina B e Verde de Bromocresol, foram testados devido à sua ampla difusão na literatura e às características espectroscópicas bem estabelecidas. O objetivo é monitorar reações de fotodegradação desses compostos empregando o semicondutor comercial dióxido de titânio TiO2 como catalisador. O MicroPhotoReact desenvolvido neste trabalho apresenta desempenho comparável ao de sistemas comerciais, oferecendo uma solução de baixo custo, alta sensibilidade e elevada taxa de aquisição. O protótipo construído é capaz de detectar concentrações mínimas da ordem de 10⁻⁵ mol·L⁻¹, realizar medidas rápidas com intervalo de apenas 8 s por ponto e determinar o coeficiente cinético de degradação (k) com resolução de 0,002 min⁻¹. Esses parâmetros demonstram que o sistema proposto permite monitoramento em tempo real e em alta precisão de processos fotocatalíticos. |
| Abstract: | Organic dyes present in wastewater can be toxic, hazardous, and potentially carcinogenic. Photodegradation is an effective technique for treating these compounds, as it employs photocatalysts capable of degrading pollutants with high efficiency. In this work, a portable, affordable, and cloud-integrated microphotocatalysis reactor, named MicroPhotoReact (MPR), was developed to characterize the real-time photodegradation of organic dyes. Dye concentration is monitored over time using the Beer–Lambert law, which relates light absorbance to concentration. This approach represents an improvement over traditional methods based on UV–Vis spectrophotometers, which require large solution volumes and multiple replicates for each experimental point, in addition to demanding hours of data collection. The developed system uses an ESP32 microcontroller for data acquisition and cloud transmission, along with control and measurement components such as LEDs, TEMT6000 light sensors, a water pump, and flow sensors. Three dyes commonly used as standards in photocatalysis experiments—Methylene Blue, Rhodamine B, and Bromocresol Green—were tested due to their widespread use in the literature and well-established spectroscopic properties. The objective is to monitor the photodegradation reactions of these compounds using the commercial semiconductor titanium dioxide (TiO₂) as a catalyst. The MicroPhotoReact developed in this study demonstrates performance comparable to commercial systems, offering a low-cost solution with high sensitivity and a high acquisition rate. The constructed prototype is capable of detecting minimum concentrations on the order of 10⁻⁵ mol·L⁻¹, performing rapid measurements at intervals of only 8 seconds per data point, and determining the degradation kinetic coefficient (k) with a resolution of 0.002 min⁻¹. These parameters demonstrate that the proposed system enables real-time, highprecision monitoring of photocatalytic processes. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39893 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Física e Astronomia |
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