INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO TÉRMICO EM NANOCOMPÓSITO ZnO/TiO2 APLICADO NA DEGRADAÇÃO DO CORANTE VERMELHO DO CONGO

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Silva, R.T. (UESPI) ; Morais, M.L. (IFMA) ; Quinzeiro, S.F.L. (IFMA) ; Sousa, D.F.C. (IFMA) ; Silva Neto, M.S. (IFMA) ; Rodrigues, L.R.O. (IFMA) ; Silva Filho, E.C. (UFPI) ; Rodrigues, W.V. (IFMA) ; Lopes, J.S. (IFMA)

Resumo

O vermelho do congo é um corante presente em efluentes de indústrias têxteis. Para o tratamento desses efluentes utiliza-se a fotocatálise heterogênea devido sua eficiência. Neste trabalho, foi realizado a fotodegradação do corante vermelho do congo (VC) utilizando compósito ZnO/TiO2. Os ensaios fotocatalíticos, foram realizados utilizando-se solução aquosa do corante VC na concentração de 4x10-5 mol/L, acrescida do catalisador a 1,0 g/L. As soluções ficaram por 30 minutos na ausência de luz, em seguida foram mantidas por 120 minutos à exposição de radiação UV, sendo coletadas alíquotas em cada tempo desejado. Os resultados obtidos demonstraram que o catalisador ZnO/TiO2 calcinado a 300 °C, apresentou um melhor resultado na descoloração do VC.

Palavras chaves

Fotocatálise; Poluente Orgânico; Nanocompósitos

Introdução

Os efluentes provenientes de indústrias têxteis possuem altas concentrações de corantes, dentre eles o vermelho do Congo, aniônico, possui agentes cancerígeno, mutagênico e bioacumulativo. Quando não tratados de forma adequada são uma ameaça a todas as espécies aquáticas devido à redução da penetração da luz para atividade fotossintética e hidrólise dos poluentes nas águas residuais a qual produz grande quantidade de produtos tóxicos (GHORAI et al., 2013; NUENGMATCHA et al., 2016). Uma alternativa para reduzir os subprodutos e a cor dos efluentes são os Processos de Oxidação Avançados que geralmente utilizam agentes oxidantes fortes e/ou catalisadores, na presença ou não de radiação para gerar radical hidroxila, um forte agente oxidante, reativo e não seletivo, capaz de reagir com a maioria dos compostos e mineralizá-los (CLAUSEN; TAKASHIMA, 2007). Dentre os métodos envolvidos nos POAs destaca-se a fotocatálise heterogênea, que envolve a geração de radicais hidroxilas pela ativação de um semicondutor pela radiação solar ou artificial (MOURÃO et al., 2009). Os semicondutores mais utilizados são TiO2 e ZnO, pelo seu baixo custo, alta reatividade e eficiência como fotocatalisadores (UDDIN et al., 2007). Uma estratégia utilizada para melhorar a eficiência da fotocatálise de TiO2 devido a melhor separação de cargas é a obtenção de compósitos do tipo metal/TiO2 e semicondutor/TiO2 (ZHANG et al. 2007). Em princípio, a modificação do TiO2 com diferentes óxidos permite conseguir uma maior atividade fotocatalítica. O semicondutor ZnO apresenta um bandgap de 3,37 eV em temperatura ambiente, com propriedades catalítica, elétrica, óptico-eletrônica e fotoquímica, o que tem estimulado a investigação na sua aplicação como fotocatalisador (JIANG et al., 2008).

Material e métodos

A síntese dos compósitos ZnO/TiO2 3% de zinco, foi realizada pelo método sol-gel, conforme método proposto por Stropa (2013). Inicialmente 20 mL do precursor Isopropóxido de Titânio IV foi hidrolizado em 16 mL de solução de ácido acético em proporção molar de 1:4. Foi adicionado álcool Isopropílico, na proporção volumétrica 1:1 de Isopropóxido de Titânio/Álcool Isopropílico, mantendo a solução sob agitação por 1 hora. Seguiu-se da adição da solução aquosa de nitrato de zinco hexahidratado na proporção em massa de 3%, ajustando-se o pH com gotas ácido nítrico para acidificar a solução até pH 2,46, mantendo sob agitação por 1 h. Após repouso por 4 horas em temperatura ambiente, foi transferido para o almofariz e mantido em estufa de secagem por 24h a 100 ºC. Após a secagem, foi macerado e fracionado em 4 partes calcinados a 300, 400, 500 e 700 ºC, e identificados com sua respectiva temperatura, exemplo ZnO/TiO2 - 300. Os ensaios fotocatalíticos, foram realizados utilizando-se 100 mL de solução aquosa do corante Vermelho do Congo na concentração de 4x10-5 mol/L, na presença do catalisador a 1,0 g/L. As soluções foram deixadas sob agitação constante por 30 minutos na ausência de luz, após esse período foram coletadas alíquotas de 3,0 mL nos tempos 0, 10, 20, 30, 45, 60, 90 e 120 min, com o auxílio de uma seringa graduada conectada a uma cânula de silicone, durante 120 minutos de exposição à radiação UV sob lâmpada de vapor de mercúrio sem bulbo de 125 W de potência. Os espectros de absorção, foram obtidos a partir do espectrofotômetro Cary 60 UV-Vis da Agilent Technologies no intervalo de 200 a 800 nm, realizado no Laboratório de Pesquisa em Ciências da Natureza do Instituto Federal do Maranhão, Campus Caxias.

Resultado e discussão

Os espectros obtidos a partir das análises de UV-vis indicam que com o aumento da temperatura a eficiência catalítica do compósito é reduzida. Este resultado está de acordo com Sansiveiro e Faria (2015), uma vez que há uma maior redução da absorção e consequentemente descoloração da solução do corante no comprimento 497 a 500 nm, observado nos itens da Figura 1A a 1D. Observa-se que em B e C há deslocamento de bandas, indicando a formação de intermediários e subprodutos (LIMA; SIKORA, 2015). Na Figura 2 constam os gráficos da redução da concentração relativa (C/C0) do corante tratado com o compósito em suas respectivas temperaturas de calcinação, na concentração de 1,0 g/L. O catalisador tratado a 300°C apresentou o melhor percentual de descoloração, ilustrado 2B. Fato que pode ser explicado devido a mudança de fase do compósito, uma vez que em baixas temperatura há um maior percentual da fase anatase (SILVA; MAGALHÃES; SANSIVIERO, 2010). Em estudos de caracterização por difração de raios-X realizados por Haider e colaboradores (2017) foi identificado a fase anatase em nanopartículas de TiO2 elaboradas via sol-gel e calcinadas a 400º C, a qual é a fase com maior atividade fotocatalítica do óxido, devido ao bandgap (3,2 eV, 384 nm) ser maior que o da fase rutilo (3,0 eV, 411 nm) contribuindo para menor recorrência de recombinação entre elétron e lacuna (SAUER, 2006). Outra característica para melhor eficiência é a maior área superficial da fase. Já a fase rutilo apresenta um ínfimo desempenho fotocatalítico em comparação com a anatase, sendo favorecida em maiores temperaturas (MONTANHERA, et al. 2016).

Espectros de absorção obtidos nos ensaios fotocatalíticos.


Redução da concentração relativa da solução VC; Percentual de descoloração; Correlação linear entre o logaritmo da concentração relativa (ln(C/C0).

Conclusões

Os ensaios fotocatalíticos demonstraram que o catalisador ZnO/TiO2 300, apresenta grande potencial para utilização em processos de fotodegradação de corantes orgânicos, em especial o Vermelho do Congo, uma vez que, o compósito ZnO/TiO2 3% a 1,0 g/L tratado a 300 °C, apresenta um melhor resultado na descoloração do V.C, um corante persistente, aniônico de difícil degradação por métodos convencionais.

Agradecimentos

A Fundação de Amparo à Pesquisa do Maranhão (FAPEMA), ao IFMA – Campus Caxias por contribuírem na execução desse projeto.

Referências

CLAUSEN, D. N.; TAKASHIMA, K. Efeitos dos parâmetros operacionais na fotodegradação do azo corante direct red 23 Na interface dióxido de titânio/água. Química Nova, v. 30, nº. 8, p. 1896-1899, 2007.

GHORAI, S.; SARKAR, A. K.; PANDA, A. P.; PAL, S. Effectiveremoval of Congo red dye from aqueous solution using modified xanthan gum/silica hybrid nanocomposite as adsorbent. Bioresource Technology, v.144, p.485–491, 2013.

HAIDER, A. J.; AL- ANBARI, R. H.; KADHIM, G. R.; SALAME, C. T. Exploring potential Environmental applications of TiO2 Nanoparticles. Energy Procedia, v. 19, p. 332-345, 2017.

JIANG, Y.; SUN, Y.; LIU, H. ZHU, F.; YIN, H. Solar photocatalytic decolorization of C.I. Basic Blue 41 in an aqueous suspension of TiO2-ZnO. Dyes and Pigments, v. 78, p. 77-83, 2008.

LIMA, A. S.; SIKORA, M. S. DEGRADAÇÃO DE CORANTES MODELO POR FOTÓLISE. [online] Disponível na internet via correio eletrônico: marianasikora@utfpr.edu.br. Publisher/Editor Mariana de Sousa Sikora. V. 11, n. 8, p. 110-119, 2015.

MONTANHERA, M. A.; PEREIRA, É. A.; SPADA, E. R.; PAULA, F. R. Influência do percentual de fase anatase/rutilo na eficiência fotocatalítica do TiO2 sintetizado quimicamente. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIAS DOS MATERIAIS, 22., 2016, Natal. Anais... Natal, 2016. p. 1419-1427.

MOURÃO, H. A. J. L.; MENDONÇA, V. R.; MALAGUTTI, A. R.; RIBEIRO, C. Nanoestruturas em fotocatálise: uma revisão sobre estratégias de síntese de fotocatalisadores em escala nanométrica. Química Nova, v. 32, nº 8, p. 2181-2190, 2009.

NUENGMATCHA, P.; CHANTHAI, S.; MAHACHA, R.; OH, W. Sonocatalytic performance of ZnO/graphene/TiO2 nanocomposite for degradation of dye pollutants (methylene blue, texbrite BAC-L, texbrite BBU-L and texbrite NFW-L) under ultrasonic irradiation. Dyes and Pigments, v. 134, p. 487-497, 2016.


SANSIVIERO, M. T. C; FARIA, D. L. A. Influência do tratamento térmico no nanocompósito fotocatalisador ZnO/TiO2. Química Nova, v. 38, n. 1, p. 55-59, 2015.

SAUER T. Tratamento de Efluentes de Curtume Através do Processo Combinado de Degradação Fotocatalítica Seguida por Adsorção em Carvão Ativado. 2006. 147 f. (Tese de Doutorado). Florianópolis-SC, Brasil, 2006.

SILVA, S. S.; MAGALHÃES, F.; SANSIVIERO, M. T. C. Nanocompósitos semicondutores ZnO/TiO2. Testes fotocatalíticos. Química Nova, v. 33, n. 1, p. 85-89, 2010.

UDDIN, M.M.; HASNAT, M.A.; SAMED, A.J.F.; MAJUNDAR, R.K. Influence of TiO2 and ZnO photocatalysts on adsorption and degradation behaviour of Erythrosine. Dyes and Pigments, v. 75, p. 207-212, 2007.

ZHANG, Z.; YUAN, Y.; FANG, Y.; LIANG, L.; DING, H.; JIN, L.; Preparation of photocatalytic nano-ZnO/TiO2 film and application for determination of chemical oxygen demand. Talanta, v. 73, p. 523-528, 2007.