Incorporação de óxido em matriz mineral para a síntese de fotocatalisador

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Materiais

Autores

Morais, A.I.S. (UFPI) ; Oliveira, W.V. (UFPI) ; Araujo, F.P. (UFPI) ; Furtini, M.B. (UFPI) ; da Silva Filho, E.C. (UFPI) ; Osajima, J.A. (UFPI)

Resumo

A busca por novos fotocatalisadores tem sido alvo de estudos de muitas pesquisas. A possibilidade de incorporação de óxidos com características fotocatalíticas em compostos com elevada área superficial tem sido uma alternativa viável para aumento da eficiência em processos de fotodegradação. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo incorporar o dióxido de titânio pelo método sol-gel na paligorsquita para possível aplicação em fotocatálise. PGT-350 foi obtida por método sol-gel mediante calcinação das amostras em 350 °C e caracterizadas com auxílio de DRX e FTIR. Os resultados comprovaram a incorporação de TiO₂ na paligorsquita com formação da fase anatase desse óxido. Isso sugere que o material obtido deve apresentar propriedades fotocatalíticas.

Palavras chaves

Paligorsquita; Dióxido de titânio; Fotocatalisador

Introdução

A síntese de novos fotocatalisadores tem sido um tema amplamente discutido no meio científico,em virtude da possibilidade de remoção de diversos tipos de contaminantes presentes, principalmente, em efluentes industriais (BENALIOUA et al., 2015). O dióxido de titânio (TiO₂) é um óxido de ação fotocatalítica que age em diferentes substratos desde que seja fornecido radiação UV ao mesmo (BOUNA et al., 2011). Contudo, sua baixa área superficial atua como um fator limitante a sua aplicação (MA et al., 2015). Nesse sentido, a utilização de suportes na incorporação desse óxido tem se mostrado uma excelente alternativa para contornar tal dificuldade. Argilas são matrizes minerais abundantes e que apresentam como principal característica uma elevada área superficial. Sua utilização como suporte fotocatalítico torna-se vantajosa inclusive do ponto de vista econômico dada sua disponibilidade natural (CHEN et al., 2014). A Paligorsquita (PG),é um argilomineral com a fórmula estrutural teórica Si ₈(Al,Mg,Fe) ₅O₂₀(OH)₂(H₂O) ₄•4H₂O] e que possui elevada estabilidade térmica e forte resistência mecânica (LUO et al., 2016; YANG et al.,2016). Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo incorporar o dióxido de titânio pelo método sol-gel na paligorsquita para possível aplicação em fotocatálise.

Material e métodos

Para a síntese do material de estudo foi utilizada a técnica sol-gel. Assim, inicialmente, PG oriunda da Espanha foi macerada com auxílio de pistilo e almofariz e, em seguida, o argilomineral foi peneirado em uma malha 200 mesh (74 μm), com o intuito de se obter um pó fino e homogêneo (ZHANG et al., 2009). Para retirada da matéria orgânica, a argila foi umedecida com água destilada e tratada com peróxido de hidrogénio à temperatura ambiente por um período de 24 h. Após o tratamento químico, as amostras foram centrifugadas e lavadas com água destilada. Em seguida, o material obtido foi seco a 75°C por cerca de 12 horas (ELERT; PARDO; NAVARRO, 2015; MONFORTE; RUBIO; CHI, 2015). Isopropóxido de titânio IV de grau analítico 97% (Sigma Aldrich) e sem purificação prévia foi utilizado para obtenção de partículas de TiO₂. Na preparação da paligorsquita (PG) com dióxido de titânio (T), utilizou-se a proporção de 1:1 m/m de argila em relação a massa de isopropóxido de titânio (ISO). PG foi misturada com 20 mL de etanol durante 30 minutos. Enquanto isso, 6 mL de ISO foram adicionados lentamente em 100 mL de etanol sob agitação. Em seguida, 6 mL de água destilada foi adicionada à mistura de ISO para formar uma solução coloidal de coloração branca. Após 1 h de agitação magnética da solução de PG, adicionou-se solução de ISO previamente preparada, e prosseguiu-se com agitação constante por mais 30 minutos. Após homogeneização completa da mistura, a mesma foi colocada em repouso por 24 horas. O material recolhido foi seco em estufa, sob temperatura de 75 C° por 12 h. O tratamento térmico das amostras foi conduzido sob temperatura de 350 °C, por 2 h com taxa de aquecimento de 10 °C.mim^-1, obtendo-se o material intitulado de (PGT-350).Mesmo processo foi feito para obtenção do TiO₂ puro intitulado de T-350. Por fim, as amostras obtidas foram caracterizadas por meio das técnicas de Difração de Raios-X (DRX) em um Difratômetro de raios-X Shimadzu-XRD- 6000 com radiação Cu-Kα com 5º≤2θ≥75º e Espectroscopia de Infravermelho com Transforma de Fourier (FTIR)em um espectrômetro FT-IR Varian 670IR com varredura de 4000 cm^-1 a 400 cm^-1 usando pastilha de KBr. Para fins comparativos amostras de PG e TiO₂ puras foram analisadas com as técnicas de caracterização descritas acima.

Resultado e discussão

A estrutura cristalina do material sintetizado foi avaliada por meios dos resultados de DRX obtidos. A Figura 1 apresenta o difratograma das amostras estudas. Com base na Figura mostrada foi possível observar que a PG pura apresentou as reflexões típicas, conforme descreve a literatura, em 2θ= 8,58°, 14,02°, 16,54°, 20°, 28,12°, 28,88°, 33,6°, cartão cristalográfico n 00-021- 0957, onde esses correspondem aos planos (110), (200), (130), (040), (400), (221) bem condizente com a literatura (ZHU et al., 2016; ZHAO et al., 2007). Para o dióxido de titânio, intitulado de T-350, reflexos característicos referentes a fase anatase do TiO₂, foram encontrados em 2θ iguais à 25,3°, 37,9°, 47,6°, 53,9 54,8°,62,74°, atribuídos aos planos (101), (004), (200), (105), (211) e (204) (SHI et al., 2016; PAPOULIS et al., 2013; CHEN et al., 2014), de acordo com a ficha (01-073-1764). No difratograma referente à PGT-350, constatou-se que os ângulos principais P não sofreram deslocamento, contudo, uma diminuição na intensidade dos picos foi observada. Surgimento do pico em 2θ= 9,8, ocorre devido a desidratação e deformação da estrutura da argila (YAN et al., 2012). Em 2θ= 8,5°, referente ao plano (110), teve sua intensidade diminuída, explicada pelas perdas parciais de moléculas de água (XAVIER et al., 2016). Um importante dado a se destacar é que o material sintetizado apresentou as fases referentes a anatase do TiO₂. Essa fase foi encontrada em 2θ= 25,34°, 37,9°, 47,92°, 55,1° do difratograma, comprovando assim a incorporação desse óxido na paligorsquita. Esse resultado sugere que o material obtido deve apresentar propriedade fotocatalítica já que a fase mencionada é necessária para que TiO₂ seja utilizado como fotocatalisador. A Figura 2 mostra os espectros de FTIR das amostras estudadas. Com base na Figura 2 foi possível identificar bandas comuns dessa argila onde, aquelas presentes na região entre 3616 e 3267 cm^-1 correspondem a bandas características de grupos hidroxilas de moléculas de água coordenada de magnésio sobre a borda da folha octaédrica (XAVIER et al., 2016).Vibrações associadas à estiramento de hidroxila ligados aos metais da argila, (Al, Fe, Mg) são responsáveis pelo aparecimento das bandas em 3581 a 3267 cm^-1 (OGORODOVA et al., 2015; XAVIER et al., 2016). Os modos vibracionais característicos de flexão de OH em moléculas de água adsorvidas, zeólita e coordenada, encontram-se nas regiões de 1656, 1674 e 1629 cm^-1, respectivamente (SUÁREZA, M.; GARCÍA-ROMERO, E., 2006; OGORODOVAet al., 2015). As bandas de absorção entre 1300 e 400 cm^-1 são atribuídos da combinação de estrutura de vibração de estiramento e de curvatura do Si-O ou Al-O e octaédrica M-OH (M significa elemento de metal). (SUÁREZA, M.; GARCÍA-ROMERO, E., 2006). Para o material PGT-350, o estiramento simétrico de Ti-O-Ti, promove o aparecimento de bandas no intervalo entre 1000 à 400 cm^-1(MANVEEN; VERMA, 2014; GHALY et al., 2011), e comprova a presença do TiO₂ no material sintetizado ao se estabelecer o comparativo com o FTIR do TiO₂ puro. No processo de calcinação, uma breve degradação da estrutura é um processo esperado, com isso à diminuição das intensidades das bandas referente à PG no espectro de PGT-350 é atribuída a esse fato (YANG et al., 2016).

Paligorsquita pura (PG) sem tratamento térmico, dióxido de titânio puro (T-350) e compósito (PGT- 350) calcinados a 350 °C.


Espectro de infravermelho da paligorsquita pura (PG), compósito (PGT-350), dióxido de titânio puro (T) e KBr.

Conclusões

Dióxido de titânio foi incorporado em paligorsquita por meio da técnica sol- gel. Os principais picos referentes à PG e à fase anatase do óxido bem como as principais bandas de PG e dióxido titânio foram observados no material sintetizado. Esses resultados comprovam a eficiência do método e sugerem a potencialidade do material para atividade fotocatalítica.

Agradecimentos

CNPq, FAPEPI, UFPI.

Referências

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