CARACTERIZAÇÃO DOS TITANATOS DE SÓDIO E POTÁSSIO IMPREGNADOS COM FÓSFORO

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Menezes, L.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIAS) ; Nunes, L.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIAS)

Resumo

Os titanatos lamelares foram sintetizados via reação no estado sólido e impregnados com fósforo por via úmida, caracterizados por de difração de raios X, espectros de reflectância difusa e área superficial específica. Os difratogramas dos sólidos puros apresentaram picos que caracterizam a presença da fase estavam do hexatitanato de sódio e potássio. A impregnação com fósforo não provocou nenhuma alteração na região interlamelar dos sólidos, indicando que a impregnação ocorreu fora da região lamelar. Os valores de energia de band gap dos catalisadores permaneceram entre 3,71 – 3,87 eV, ou seja, a região de absorção das amostras continua na região ultravioleta. O processo de impregnação não provocou nenhuma alteração na área superficial especifica.

Palavras chaves

sólidos lamelares; impregnação; fósforo

Introdução

Estruturas lamelares, como tetratitanato de potássio (K₂Ti₄O₉) e do trititanato de sódio (Na₂Ti₃O₇) são formadas por octaedros de TiO₆ ligados pelos vértices, estas unidades são combinadas acima e abaixo, em forma de ziguezague, as lâminas carregadas negativamente são balanceadas pelos os íons potássio e/ou sódio. Os titanatos de metais alcalinos apresentam fórmula geral A₂Ti_nO_2n+1 onde A é um metal alcalino e n pode ter valores de 1 ≤ n ≤ 8. A estrutura cristalina destes sólidos depende do valor de n, sendo a lamelar é observada para valores de 2 ≤ n≤ 6. A utilização de titanatos lamelares como fotocatalisadores em largar escala é limitada devido a sua grande energia de band gap, entre 3,20 a 3,4 eV ativado somente sob irradiação UV. Desta forma, o uso da radiação solar é pouco eficiente no processo, visto que ela possui somente uma pequena fração (5%) de radiação UV (LIANG et al., 2014). Várias pesquisas têm sido desenvolvidas com intuito de melhorar a eficiência dos titanatos lamelares nas áreas da catálise e fotocatálise. Recentemente, Cunha et al., (2014), utilizaram em seu trabalho o K₂Ti₄O₉ e SiO₂– Ti₄O₉ como suporte para preparar catalisadores de vanádio por meio de impregnação úmida para redução catalítica (SCR) de NO. Wang et al., (2017) relataram a síntese do compósito de Na- K₂Ti₆O₁₃/g-C₃N₄ e a atividade fotocatalítica foi avaliada por meio da fotodegradação do alaranjado de metila sob a radiação de luz visível. Liang et al., (2014) por meio de método de precipitação-fotorredução sintetizaram o Ag@AgBr/K₂Ti₄O₉ e avaliaram a fotodegradação de compostos orgânicos sob condições irradiação de luz. O objetivo deste trabalho é preparar e caracterizar os titanatos de sódio e potássio impregnados com fósforo para avaliação como fotocatalisador.

Material e métodos

Os titanatos K₂Ti₄O₉ (KT) e Na₂Ti₃O₇ (NaT) foram preparados via reação no estado sólido, utilizando quantidades estequiométricas do óxido de titânio e os respectivos carbonatos de potássio e sódio. A mistura foi aquecida em cadinho de platina à temperatura de 800 ºC por 20 h. O sólido obtido foi homogeneizado e aquecido novamente à mesma temperatura e tempo (CARDOSO, 2004). Para a impregnação do fósforo as amostras KT e NaT foram dispersas em uma solução alcoólica de fosfito de sódio por sonicação durante 1 h. A mistura foi mantida em agitação por 12 h e seco a 80 °C. Os sólidos obtidos foram calcinado a 300 °C num forno tipo mulfa durante 1 h (ASAPU et al. 2011). As amostras foram identificada como KTP e NaTP para a titanatos de potássio e sódio, respectivamente. As amostras foram caracterizadas por: a) Difração de raios X foi realizada em um equipamento Bruker D8 Discover, com radiação Cu-Kα (λ=1,54056 Å), no intervalo de 2θ de 5º a 80º, com velocidade de varredura de 15º/min e um incremento de 0,01º. b) Os espectros de refletância difusa foram obtidos com um espectrofotômetro UV-Vis-NIR, Perkison Elmer Lambda 1050 WB, utilizando sulfato de bário como padrão, e coletados à temperatura ambiente, no intervalo de 280 a 800 nm. c) As medidas de área superficial específica e distribuição de poros foram obtidas em um equipamento da Micromeritics Instrument Corporation, modelo ASAP 2010, através da adsorção/dessorção de nitrogênio como adsorbato. Cerca de 0,3 g de amostra foi inicialmente pré-tratada a 150°C sob vácuo em um período de 10 h, para eliminação de água e gases fisicamente adsorvidos. d) As medidas de termogravimetria foram realizadas no equipamento de marca SHIMADZU, modelo DTA/DTG 60H, utilizando cadinho de platina, com taxa de aquecimento de 10 °C/min, sob fluxo de ar sintético de 50 mL/min.

Resultado e discussão

A Figura 1 mostra os padrões de difração das amostras preparadas e impregnadas com fósforo. Os difratogramas do tetratitanato de potássio puro e após a impregnação mostram picos que caracterizam a fase do K₂Ti₄O₉, o pico em 2θ = 10,1º corresponde à distância interlamelar de 8,76 Å, conforme observado por Nunes et al. (2006). Por outro lado, o pico em 2θ = 11,1º, evidencia a presença de fase secundária K₂Ti₆O₁₃ como consequência da volatilização do carbonato potássio durante a síntese, uma vez que esta fase é menos rica em potássio. Os difratogramas do trititanato de sódio puro e impregnado com fósforo apresentam perfis semelhantes, com picos que caracterizam a estrutura do Na₂Ti₃O₇, a distância interlamelar de 8,42 Å correspondendo ao pico em 2θ = 10, 5º. A ausência de alteração neste pico indica que a impregnação ocorre fora da região lamelar do titanato. Além disso, a presença dos picos em 2θ = 11,8º, 14,3º e 24,4º, caracterizam a fase secundária Na₂Ti₆O₁₄ presente em ambos os difratogramas, (ARAUJO-FILHO et al., 2017). Os dados de refletância difusa foram utilizados para estimar a energia de band gap, estes valores estão entre 3,71 – 3,87 eV dependendo da amostra (Tabela 1). Os maiores valores são observados para os titanatos de potássio e de sódio bulk puros, da ordem de 3,85 e 3,87 eV, respectivamente. O trititanato de sódio impregnado apresentou uma leve diminuição da ordem de 0,16 eV, apesar desta diminuição de band gap a região de absorção continua na região ultravioleta, isto significa que a utilização destes materiais como fotocatalisadores só ocorrerá na presença da radiação UV, ou seja, os mesmos não serão ativos à luz solar. A Tabela 1 apresenta os valores de área superficial especifica de todas as amostras. Os baixos valores para as amostras puras são coerentes com a literatura, por outro lado, um aumento significativo é observado na amostra do titanato de sódio impregnado. As amostras KT, KTP; NaT e NaTP exibem perfis semelhantes com perda de massa continua na faixa de temperatura entre 30-600 °C. As perdas de massa de 9,5; 6,7; 1,6 e 8,8%, para as amostras KT, KTP; NaT e NaTP, respectivamente, podem ser atribuídas à saída de água de hidratação e de água retida na região interlamelar.

Difratogramas de raios X das amostras a) tetratitanato de potássio (KT) puro e impregnado (KTP);b) trititanato de sódio (NaT) puro e impregnado (NaTP)


Área superficial especifica (BET) e valores de energia de band gap (Eg) estimado a partir da refletância difusa.

Conclusões

De acordo com os resultados obtidos os sólidos lamelares podem ser utilizado na fotocatálise sob irradiação UV. O DRX mostra que não houve alteração na região interlamelar nas diferentes superfícies, indicando que a impregnação ocorreu fora da região lamelar. A área superficial especifica das amostras é baixa, não ultrapassando 15 m2/g. A decomposição térmica está relacionada à eliminação de água de hidratação e água reticular.

Agradecimentos

À CAPES pelo auxílio financeiro.

Referências

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