Fotodegradação do corante eosina amarela utilizando Sep-TiO2 em meio ácido, neutro e básico

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Oliveira, W.V. (UFPI) ; Osajima, J.A. (UFPI) ; Silva Filho, E.C. (UFPI) ; Morais, A. (UFPI) ; Reis, M.I.G. (UFPI) ; Souza, J.S.N. (UFPI)

Resumo

O uso de fotocatalisadores para degradação de matéria orgânica tem sido foco de estudo para o tratamento e descontaminação de água. A tecnologia com o emprego de processos fotocatalíticos pode provocar a mineralização total de compostos orgânicos simples e até mesmo de substâncias recalcitrantes. Nesse contexto, utilizou-se o compósito constituído pelo fotocatalisador TiO2 e o argilomineral sepiolita e investigou-se a atividade fotocatalítica do material na degradação do corante eosina amarela em meio ácido, neutro e básico. O teste fotocatalítico em meio neutro foi o que apresentou melhor eficiência.

Palavras chaves

fotocatalisador; eosina amarela; pH

Introdução

Corantes sintéticos são a principal fonte de poluentes orgânicos (Khan, et al. 2017). Essas substâncias apresentam estruturas aromáticas complexas, podendo ser tóxicos, não biodegradáveis, cancerígenos (Jothirani, et al. 2016). Efluentes industriais contendo corantes em alta concentração podem gerar graves problemas de saúde nos seres humanos entre eles câncer, tumores, alergias, irritação de pele, problemas cardíacos e mutações (Debnath, et al. 2015). A eosina amarela (EA) é um corante aniônico hidrofílico, aplicado para colorir lâminas microscópicas contendo bactérias de espécies Gram, células do sangue e também é utilizado em diversos campos industriais como pigmento. Os processos oxidativos avançados (POA’s) demonstram ser uma técnica com elevado potencial para degradação de moléculas resistentes. Baseiam-se na produção de radicais altamente reativos (Expósito, et al. 2017). Um dos POA’s mais interessantes consiste no uso de semicondutores como fotocatalisadores. O semicondutor TiO2 tem sido extensivamente estudado devido apresentar elevada foto-reatividade, boa estabilidade, baixo custo e boa capacidade de geração dos pares elétron-lacuna quando irradiado por luz ultravioleta que favorece a formação de radicais que reagem com moléculas orgânicas permitindo a sua degradação (Zhang, et al. 2017). Baseando-se nessa perspectiva, o presente trabalho teve como objetivo investigar a fotodegradação do corante eosina amarela utilizando o compósito constituído por sepiolita e dióxido de titânio (Sep-TiO2) em meio ácido, neutro e básico.

Material e métodos

Compósito constituído por sepiolita e dióxido de titânio (Sep-TiO2). Os reagentes utilizados para a síntese do compósito foram isopropóxido de titânio (IV) (97%) da Sigma-Aldrich, água deionizada e álcool etílico da Isofar. A síntese para incorporação do óxido na argila procedeu-se da seguinte maneira: em um béquer foram adicionados 6 mL de Ti[OCH(CH3)2]4 e 6 mL de H2O e diluídos em 100 mL de C2H6O, depois a mistura foi submetida a agitação magnética por um período de 1 h; em outro béquer adicionou-se 5g de sepiolita (Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4•nH2O; n≤8) e 20 mL de C2H6O e deixou-se sob agitação magnética por 30 min; posteriormente os componentes dos dois béqueres foram misturados em um único recipiente e deixado em repouso por 24 h; após este processo o material obtido foi secado a 75 °C por 12 h em estufa, triturado e finalmente calcinado em mufla à 400 °C por 2h a uma taxa de aquecimento de 10 °C por min. O material obtido foi chamado de Sep-TiO2. Para os testes fotocatalíticos foi utilizada solução de eosina amarela 2x10- 5 mol.L-1. Para ajuste de pH foram utilizadas soluções de HCl e NaOH 0,1 mol.L-1. Para realização dos ensaios de fotocatálise foi utilizada uma câmara de radiação constituída por uma plataforma elevatória, um agitador magnético, um reator fotoquímico acoplado a um banho termostatizado e uma lâmpada de mercúrio sem bulbo de 125 W. A cinética de degradação foi monitorada durante 150 min, em intervalos de tempo de 0, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 120 e 150 minutos.

Resultado e discussão

Os processos de degradação fotocatalíticos geralmente seguem a expressão cinética de Langmuir-Hinshelwood, obedecendo a uma cinética de pseudo primeira ordem, na qual a relação entre ln (C/C0) e tempo é aproximadamente linear. Assim, a constante k pode ser calculada de acordo com a equação 1: ln (C/C0) = -kt (1) onde C e C0 correspondem respectivamente às concentrações final e inicial do corante utilizado, k à constante de velocidade de pseudo primeira ordem e t ao tempo de tratamento (Du, et al. 2015). A taxa de degradação do corante eosina amarela foi calcula a partir da equação 2, % Degradação= ((C_0-C)/C_0 ) x 100% (2) onde C e C0 correspondem às concentrações final e inicial do corante respectivamente, antes e após a irradiação. Através da análise da Figura 01 observa-se que o maior desempenho fotocatalítico do compósito Sep-TiO2 foi em pH neutro. O pH pode ter grande efeito na fotodegradação de corantes. A variação do pH altera a carga superficial das partículas de TiO2, ou seja, sob condições ácidas ou alcalinas a superfície do dióxido de titânio pode ser protonada ou desprotonada, conforme as equações 3 e 4, respectivamente: TiOH + H+ → TiOH2+(3). TiOH + OH- → TiO - + H2O (4). Assim, a superfície do TiO2 presente no compósito permanecerá carregada positivamente em meio ácido e negativamente em meio básico. A melhor eficiência em pH neutro pode ser explicada pelo fato de radicais hidroxila serem consideradas espécies predominantes em pH neutro e básico. Com um aumento significativo de pH o excesso de íons OH- dificulta a formação de radicais hidroxila, além de aumentar a competição entre moléculas do corante aniônico para adsorverem na superfície do fotocatalisador (Debnath et al. 2015).

(A) Efeito do pH na fotocatálise da eosina amarela (2,0 x 10-5 m.L-1) com 1,0 g.L-1 de Sep-TiO2.


(B) Taxa de degradação versus tempo de ir

Conclusões

O fotocatalisador sintetizado apresentou boa eficiência na degradação do corante eosina amarela com uma taxa de degradação de 69,13% no intervalo de 150 minutos e em pH neutro. Observa-se que o material sintetizado é adequado para aplicação em processos oxidativos avançados para degradação de eosina amarela. Dentre as faixas de pH em que foram realizados os ensaios fotocatalíticos o meio neutro foi o mais eficiente.

Agradecimentos

Ao CNPq, FAPEPI e LIMAV.

Referências

Debnath, S., Maity, A., Ballav, N., Pillay, K. Single stage batch adsorber design for efficient Eosin yellow removal by polyaniline coated ligno-cellulose. International Journal of Biological Macromolecules, 72, 732–739, 2015.
Du, Y., Tang, D., Zhang, G., e Wu, X. Facile synthesis of Ag2O-TiO2/sepiolite composites with enhanced visible-light photocatalytic properties. Chinese Journal of Catalysis, 36, 2219-2228, 2015.
Expósito, A. J., Patterson, D. A., Mansor, W. S. W., Monteagudo, J. M., Emanuelsson. E., Sanmartín, I., e Durán, A. Antipyrine removal by TiO2 photocatalysis based on spinning disc reactor technology. Journal of Environmental Management, 187, 504-512, 2017).
Khan, S. B., Hou, M., Sguang, S., e Zhang, Z. Morphological influence of TiO2 nanostructures (nanozigzag, nanohelics and nanorod) on photocatalytic degradation of organic dyes. Applied Surface Science, 400, 184–193, 2017.