INFLUÊNCIA DE AMINOÁCIDOS NAS PROPRIEDADES CATALÍTICAS E ÓPTICAS DE OXIBROMETO DE BISMUTO POR MÉTODO SOLVOTERMAL ASSISTIDO POR MICROONDAS

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Inorgânica

Autores

Fernandes, A.K.V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Carvalho, E.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Bauer, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Mendonça, C.J.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Maciel, A.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Prazeres, G.M.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Almeida, M.A.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO)

Resumo

Compostos BiOBr foram sintetizados por método solvotérmico em diferentes soluções de aminoácidos em processo assistido por micro-ondas com o objetivo de investigar a influência de mudanças estruturais ocasionadas por templates nas suas propriedades ópticas e catalíticas. As caracterizações foram feitas por DRX, Raman e Infravermelho, espectroscopia UV–Vis e MEV. Os compostos tiveram sua atividade catalítica avaliada para degradação do corante RhB. Observou-se que a presença de aminoácidos no meio reacional resultou em diferentes morfologias e taxas de degradação revelando a participação desses na organização estrutural do BiOBr. Porém, os ensaios fotocatalíticos mostraram que os compostos sintetizados em solução de aminoácidos não superaram os resultados de degradação para o BiOBr padrão.

Palavras chaves

Fotocatálise heterogênea; Oxibrometo de bismuto; Aminoácidos

Introdução

Novos métodos para remediação de cursos d’água tem sido estudados devido a ineficiência dos processos tradicionalmente utilizados para o tratamento de efluentes contendo substâncias recalcitrantes e com elevado grau de toxicidade, dentre os quais pode-se destacar corantes orgânicos, metais pesados, compostos inorgânicos e outros compostos complexos que são característicos de águas residuais (BRITO ;SILVA, 2012). Assim, a fotocatálise heterogênea tem recebido bastante destaque, em que a aplicação na degradação de corantes orgânicos e desinfecção bacteriana tem sido descritos na literatura (WATCHARENWONG et al., 2008; BRITO ;SILVA, 2012). O procedimento consiste na ativação de um semicondutor pela irradiação de luz para formação de pares elétron-lacuna capazes de reagir com espécies adsorvidas em sua superfície levando a formação de radicais, por meio de reações redox, que podem promover a degradação do contaminante (AHMAD et al., 2016). A efetiva aplicação da fotocatálise está condicionada as propriedades químicas, ópticas e catalíticas dos materiais utilizados como energia de band gap adequada, não ser propenso a fotocorrosão, apresentar estabilidade química e biológica, taxa de recombinação reduzida, bem como não apresentar toxicidade e ter custo acessível (BHATKHANDE;PANGARKAR ;BEENACKERS, 2002). Nesse contexto, dá-se destaque ao BiOBr que apresenta propriedades elétricas e ópticas favoráveis para aplicação em fotocatálise heterogênea exibindo bom desempenho na degradação de diferentes contaminantes (WANG et al., 2014). Contudo, observa-se a necessidade de melhorias que possibilitem a utilização deste em grande escala. Assim, este trabalho propôs a investigação da influência de mudanças estruturais ocasionadas por templates nas propriedades catalíticas do BiOBr.

Material e métodos

Inicialmente, foram adicionadas 2,00 mmol (0,2392 g) de brometo de potássio (KBr) e 2,00 mmol (0,9899 g) de nitrato de bismuto (Bi(NO3)3) em 100 mL de solução de aminoácido (glicina (Gly), serina (Ser) ou fenilalanina (Phe)). A mistura foi mantida sob agitação por 30 min à temperatura ambiente e, posteriormente, transferida para um reator e processada em um sistema micro- ondas à 180 °C por 12 h. Após o tempo de reação, o precipitado foi separado, lavados com água destilada para remoção de impurezas e colocados em uma estufa à 60° C por 5 horas para remover umidade. A cristalinidade das amostras foi investigada em um difratômetro de Raios X da Bruker, modelo D8 Advance, operado sob as condições de 40 kV e 40 mA com radiação cobre-Kα (λ = 1,5406 Å) para um intervalo 2θ de 8° à 100°. Os espectros Raman foram obtidos em um espectrofotômetro triplo Horiba-Jobin-Yvon, modelo T64000, equipado com laser HeNe e detector tipo CCD (Charge Coupled Device). Os espectros infravermelho foram feitos em equipamento da marca Shimadzu, modelo IR-Prestige-21, em modo transmitância, no intervalo de 400 a 4000 cm- 1. A microestrutura dos compostos foram investigadas por técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) em um equipamento da marca HITACHI modelo TM3030. Para os ensaios fotocatalíticos, em 100 mL de solução (1,0x 10-5 mol/L) de RhB, foram adicionados 100 mg do fotocatalisador (BiOBr). A solução foi transferida para um reator fotocatalítico e deixada em agitação no escuro por 30 min para atingir o equilíbrio adsorção-dessorção, e então o sistema foi irradiado com luz UV-vis por 50 min. Alíquotas foram recolhidas no decorrer do experimento em vários intervalos de tempo e medidas de absorbância foram realizadas em um espectrofotômetro UV-Vis Shimadzu modelo 18000.

Resultado e discussão

Os padrões DRX apresentados na Figura 1(I), mostram que todos os picos das amostras podem ser indexados para a fase tetragonal de BiOBr (JPDS 78-0348). Os picos (001) mais intensos revelam uma orientação preferencial para o crescimento dos cristais. A presença de impurezas foi constatada pela observação de picos adicionais. Os espectros Raman e Infravermelho estão coerentes com as observações de DRX (Figura 1(II e III)). Porém, na Figura 1(IV) percebe-se um levantamento da “cauda” do espectro para a amostra BiOBr-Phe, o que pode estar relacionado a efeitos de luminescência (CONTRO, 2016). A partir das micrografias, observamos que os compostos apresentam morfologia lamelar em placas. O BiOBr padrão apresenta formato retangular com dimensões variadas e espessura entre 70 nm e 115 nm (Figura 2(I)). Percebe-se que houve significativa redução nas dimensões e forma das lamelas para os compostos em solução de aminoácidos (Figura 2(II-IV)). A partir das curvas de decaimento apresentadas na Figura 2(V), nota-se que as mudanças estruturais obtidas pela síntese em aminoácidos, não resultaram em alterações significativas na atividade fotocatalítica dos compostos. Observamos que os compostos BiOBr-Gly e BiOBr-Ser foram capazes de promover a redução da concentração do corante com cerca de 96% e 100% de degradação, respectivamente, no tempo de 50 min, enquanto que o composto BiOBr-Phe apresentou o menor índice com taxa de degradação de apenas 77 % para o mesmo intervalo de tempo. O menor desempenho fotocatalítico deste deve estar relacionado a maior taxa de recombinação, conforme sugere os espectros de Raman da Figura 1(IV). A Figura 2(VI) ilustra a cinética dos compostos sintetizados, os quais seguem a ordem BiOBr > BiOBr -Ser> BiOBr-Gly > BiOBr- Phe.

(I)Padrões de DRX para compostos BiOBr. (II)Espectros de absorção infravermelho. (III - IV) Espectro Raman para amostras de BiOBr.


(I-IV) Micrografias para compostos BiOBr. (V) Curva de decaimento e (VI) Cinética de degradação de RhB para compostos BiOBr

Conclusões

Foi possível sintetizar compostos BiOBr em diferentes soluções de aminoácidos com boa cristalinidade, embora os resultados de DRX apontem a presença de impurezas nas amostras. As imagens de MEV revelaram diferentes formas e tamanhos para as morfologias dos compostos revelando interferências dos aminoácidos no processo de síntese. Contudo, essas alterações não resultaram em mudanças significativas nas taxas de degradação do composto quando comparado ao BiOBr padrão. Para o intervalo de 50 min, as taxas de degradação para BiOBr –Gly, BiOBr-Ser, BiOBr-Phe foram 96%, 100% e 77%, respectivamente.

Agradecimentos

Agradecemos ao CNPq pelo suporte financeiro, a UFMA e ao Núcleo de Combustíveis, Catálise e Ambiental (NCCA) pelo apoio na execução deste trabalho

Referências

Ahmad, A.; Meng, X.; Yun, N.; Zhang, Z. Preparation of hierarchical BiOBr microspheres for visible light-induced photocatalytic detoxification and disinfection. Journal of Nanomaterials, v.2016, p.1-10, 2016.
BHATKHANDE, D. S.; PANGARKAR, V. G.; BEENACKERS, A. A. C. M. Photocatalytic degradation for environmental applications–a review. Journal of Chemical Technology & Biotechnology: International Research in Process, Environmental & Clean Technology, v. 77, n. 1, p. 102-116, 2002. ISSN 0268-2575.
BRITO, N. N.; SILVA, V. B. M. Processo oxidativo avançado e sua aplicação ambiental. REEC-Revista Eletrônica de Engenharia Civil, v. 3, n. 1, p. 36-47, 2012. ISSN 2179-0612.
CONTRO, J. Síntese e caracterização espectroscópica de novos vanadosilicatos utilizando templates orgânicos derivados de piperidinas. 2016. (Mestrado em Biofísica Molecular). Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas, Universidade Federal Paulista, São José do Rio Preto.
WANG, Q.; HUI, J.; HUANG, Y.; DING, Y.; CAI, Y.; YIN, S.; LI, Z.; SU, B. The preparation of BiOCl photocatalyst and its performance of photodegradation on dyes. Materials Science in Semiconductor Processing, v. 17, p. 87-93, 2014. ISSN 1369-8001.
WATCHARENWONG, A.; CHANMANEE, W.; DE TACCONI, N. R.; CHENTHAMARAKSHAN, C. R.; KAJITVICHYANUKUL, P.; RAJESHWAR, K. Anodic growth of nanoporous WO3 films: morphology, photoelectrochemical response and photocatalytic activity for methylene blue and hexavalent chrome conversion. Journal of Electroanalytical Chemistry, v. 612, n. 1, p. 112-120, 2008. ISSN 1572-6657.