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https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6880| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Degradação fotocatalítica de antibióticos sulfonamidas empregando nitreto de carbono grafítico (g-C3N4) e g-C3N4/Fe3O4 magneticamente recuperável” |
| Título(s) alternativo(s): | Photocatalytic degradation of sulfonamide antibiotics using graphitic carbon nitride (g-C3N4) and magnetically recoverable g-C3N4/Fe3O4 |
| Autor: | MACEDO, Jhonatan Nunes ![]() |
| Primeiro orientador: | LIMA, Rafaely Nascimento |
| Primeiro membro da banca: | LIMA, Rafaely Nascimento |
| Segundo membro da banca: | SANTOS, Tiago Gomes dos |
| Terceiro membro da banca: | ALMEIDA, Marcio Aurelio Pinheiro |
| Resumo: | A presença de antibióticos sulfonamídicos em ambientes aquáticos constitui um problema ambiental relevante devido à sua persistência e ao potencial de disseminação da resistência bacteriana. Neste trabalho, foram sintetizados dois fotocatalisadores ativos sob luz visível: o nitreto de carbono grafítico (g-C₃N₄), obtido pela pirólise da ureia, e o compósito magnético 3% Fe₃O₄/g-C₃N₄, preparado a partir da melamina por rota combinando pirólise e síntese solvotermal. Os materiais foram caracterizados por FTIR, DRX, DRS UV-Vis, análise textural (BET-BJH), MEV e EDS. Os espectros de FTIR do g-C₃N₄ apresentaram bandas entre 1200– 1650 cm⁻¹ atribuídas às vibrações C–N e C=N do arcabouço heptazínico e banda em ~799 cm⁻¹, característica das unidades triazínicas/heptazínicas. No compósito g-C₃N₄ / Fe₃O₄ (3%), observou-se adicionalmente absorção em ~586 cm⁻¹, correspondente ao estiramento Fe–O da magnetita. Os difratogramas de DRX evidenciaram picos do g-C₃N₄ em 2θ ≈ 13° (100) e 27° (002), enquanto a Fe₃O₄ apresentou reflexões típicas da estrutura espinélio cúbica em 18,3° (111), 30,1° (220), 35,6° (311), 43,3° (400), 53,5° (422), 57,3° (511) e 62,9° (440), em concordância com o padrão PDF 01-075-0449. No compósito, observou-se a coexistência dessas reflexões, confirmando a formação do material híbrido. A análise de DRS UV-Vis indicou band gap de ~2,8 eV para o g-C₃N₄. As análises morfológicas revelaram estrutura esponjosa para o g-C₃N₄, enquanto o compósito apresentou estabilidade estrutural e possibilidade de recuperação magnética. Nos ensaios fotocatalíticos, o g-C₃N₄ apresentou desempenho superior à fotólise, com degradação de 94% para sulfatiazol (k = 7,8 × 10⁻³ min⁻¹), 77% para sulfadiazina (k = 8,8 × 10⁻³ min⁻¹) e 72% para sulfapiridina (k = 6,9 × 10⁻³ min⁻¹), mantendo estabilidade por seis ciclos de reutilização. O compósito 3% Fe₃O₄/g-C₃N₄ alcançou 80% de degradação do sulfatiazol (k = 1,4 × 10⁻² min⁻¹) em 100 min, com estabilidade ao longo de quatro ciclos e vantagem de separação magnética. A análise mecanística indicou predominância de h⁺, seguidos por O₂•⁻ e •OH. Esses resultados evidenciam o potencial do gC₃N₄ para aplicações em fotocatálise ambiental, enquanto o compósito magnético oferece vantagens operacionais relacionadas à recuperação e reutilização do catalisador. Dessa forma, ambos os materiais mostram-se promissores para processos oxidativos avançados voltados à remoção de antibióticos em sistemas aquosos. |
| Abstract: | The presence of sulfonamide antibiotics in aquatic environments represents a significant environmental concern due to their persistence and potential to promote the spread of bacterial resistance. In this work, two visible-light-active photocatalysts were synthesized: graphitic carbon nitride (g-C₃N₄), obtained by urea pyrolysis, and the magnetic composite 3% Fe₃O₄/gC₃N₄, prepared from melamine through a combined pyrolysis and solvothermal route. The materials were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), UV–Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS), textural analysis (BETBJH), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). FTIR spectra of g-C₃N₄ showed bands between 1200–1650 cm⁻¹ associated with C–N and C=N vibrations of the heptazine framework and a band at ~799 cm⁻¹, characteristic of triazine/heptazine ring breathing modes. In the g-C₃N₄ / Fe₃O₄ (3%) composite, an additional absorption at ~586 cm⁻¹ corresponding to the Fe–O stretching vibration confirmed the incorporation of magnetite. XRD patterns revealed characteristic peaks of g-C₃N₄ at 2θ ≈ 13° (100) and 27° (002), while Fe₃O₄ exhibited reflections of the cubic spinel structure at 18.3° (111), 30.1° (220), 35.6° (311), 43.3° (400), 53.5° (422), 57.3° (511) and 62.9° (440), consistent with PDF 01-075-0449. The composite showed the coexistence of both phases. DRS analysis indicated a band gap of ~2.8 eV for g-C₃N₄. Morphological analysis revealed a sponge-like structure for g-C₃N₄, while the composite exhibited structural stability and magnetic recoverability. Photocatalytic tests showed that g-C₃N₄ outperformed photolysis, achieving degradation efficiencies of 94% for sulfathiazole (k = 7.8 × 10⁻³ min⁻¹), 77% for sulfadiazine (k = 8.8 × 10⁻³ min⁻¹), and 72% for sulfapyridine (k = 6.9 × 10⁻³ min⁻¹), maintaining stability over six reuse cycles. The 3% Fe₃O₄/g-C₃N₄ composite achieved 80% sulfathiazole degradation (k = 1.4 × 10⁻² min⁻¹) within 100 min, showing stability over four cycles and the advantage of magnetic separation. Mechanistic studies indicated that photogenerated holes (h⁺) were the dominant reactive species, followed by superoxide radicals (O₂•⁻) and hydroxyl radicals (•OH). These results highlight the high photocatalytic efficiency of urea-derived g-C₃N₄, while the magnetic composite offers operational advantages related to catalyst recovery and reuse, demonstrating strong potential for advanced oxidation processes aimed at the removal of antibiotics from aqueous systems. |
| Palavras-chave: | Fotocatálise heterogênea; Nitreto de Carbono Grafítico; Catalisadores magnéticos; Sulfonamidas Heterogeneous photocatalysis; Graphitic Carbon Nitride; Magnetic catalysts; Sulfonamides |
| Área(s) do CNPq: | Evolução, Sistemática e Ecologia Química |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade Federal do Maranhão |
| Sigla da instituição: | UFMA |
| Departamento: | COQB - COORDENAÇÃO DO CURSO DE QUÍMICA - BACHARELADO/CCET |
| Programa: | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA/CCET |
| Citação: | MACEDO, Jhonatan Nunes. Degradação fotocatalítica de antibióticos sulfonamidas empregando nitreto de carbono grafítico (g-C3N4) e g-C3N4/Fe3O4 magneticamente recuperável”. 2026.88 f. Dissertação( Programa de Pós-graduação em Química/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2026. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6880 |
| Data de defesa: | 27-Fev-2026 |
| Aparece nas coleções: | DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUIMICA |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| JHONATAN NUNES MACEDO.pdf | Dissertação de Mestrado | 3,06 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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