Fotodegradação catalítica de azul de metileno sobre misturas de nióbia e titânia

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Físico-Química

Autores

Mariano, N.O. (IFRJ) ; Queiroz, W.R. (IFRJ) ; Soares, A.V. (IFRJ)

Resumo

Testes de adsorção de azul de metileno foram realizadas, a fim de avaliar a atividade fotocatalítica de Nb2O5, TiO2 e misturas de ambos os óxidos em proporção de 30%-70%, 50%-50%, 70%-30% em uma unidade fotorreatora desenvolvida pelo grupo. A absortividade molar do azul de metileno a 665 nm obtida foi de 2,2.10^-5 L/(mol.cm). Com solução de entrada com concentração de aproximadamente 3,1.10-6 mol/L, à temperatura ambiente, o uso de 0,3 g de Nb2O5 apresentou conversão de 52,3%, dos quais 9,2% se devem somente ao fenômeno de adsorção, enquanto 3 g de TiO2 teve um desempenho de 91,0%, (adsorção de 20,9%) após 3 h de reação. O aumento de massa de catalisador tem maior impacto no uso de Nb2O5 do que TiO2.

Palavras chaves

nióbia; azul de metileno; fotocatálise

Introdução

Uma preocupação global é o acúmulo de dióxido de carbono na atmosfera em virtude do uso de combustíveis de origem fóssil. É possível diminuir a concentração de CO2 atmosférico por meio de processos de captura biológica, com plantas e algas e também por meio de fotossíntese artificial, formando compostos orgânicos hidrogenados, por reações com H2O. A chave para esses processos é o catalisador, em geral semicondutores fotoativos, dos quais a titânia, TiO2, e a nióbia, Nb2O5, são particularmente interessantes no cenário brasileiro (Lopes et al., 2015). Quando a absorção de energia é igual ou superior ao band gap do semicondutor, há a promoção do elétron da banda de valência para a de condução, ocasionando, assim, reações de oxidação e de redução que formam radicais capazes de oxidar compostos orgânicos, como por exemplo, o azul de metileno. As reações que envolvem a transformação fotocatalítica do azul de metileno representam um interesse industrial, uma vez que a produção desta substância está associada a ao despejo de rejeitos em larga escala, associados à produção de tintas. Dessa forma, unidades fotorreatoras podem funcionar utilizando a oxidação de azul de metileno como parâmetro de atividade fotocatalítica, uma vez que a concentração de azul de metileno pode ser acompanhada em sua forma reduzida.

Material e métodos

Este trabalho tem como objetivo a concepção, a construção, a montagem e uso de uma unidade fotocatalítica para avaliar a conversão do azul de metileno sobre quantidades variáveis de Nb2O5, TiO2 (0,3 g; 0,4 g e 0,5 g), bem como misturas físicas de ambos os óxidos nas proporções de 30%-70%, 50%-50% e 70%-30% de Nb2O5 e TiO2, respectivamente, como parâmetro para a atividade fotocatalítica. Após definida a concepção do fotorreator a partir de materiais simples, a unidade foi construída usando bomba de aquário, mangueiras de nível, recipiente plástico e caixa refletora de luz, aproveitando a iluminação comum do laboratório. Os experimentos foram realizados com soluções aquosas de azul de metileno, com duração de três horas na unidade, com coleta de amostras a cada 30 min e análises das concentrações por espectrofotometria Visível a 665 nm. Testes de adsorção de azul de metileno foram realizadas, a fim de distinguir a atividade fotocatalítica de Nb2O5 e TiO2.

Resultado e discussão

A absortividade molar do azul de metileno a 665 nm obtida foi de 2,22.10-5 L/(mol.cm). Com solução de entrada com concentração de aproximadamente 3,1.10-6 mol/L, à temperatura ambiente, o uso de 0,3 g de Nb2O5 apresentou conversão de 52,3%, dos quais 9,2% se devem somente ao fenômeno de adsorção, enquanto 0,3 g de TiO2 teve um desempenho de 91,0%, (adsorção de 20,9%) após 3 h de reação. O aumento de massa de catalisador tem maior impacto no uso de Nb2O5 do que TiO2. A adsorção do azul de metileno em TiO2 pode facilmente se confundir com a fotoatividade. Experimentos com diferentes concentrações de azul de metileno e 0,5 g de Nb2O5 revelaram uma cinética aparente de primeira ordem, com velocidade específica de 0,0110 min-1. O uso de Nb2O5 revelou que um aumento na massa de catalisador ocasiona um incremento considerável na conversão (0,5 g, 90,2%). Misturas físicas nas proporções de 30%-70%;50%-50% e 70%-30% de Nb2O5 e TiO2, respectivamente, também se revelaram particularmente ativas, com conversões de 92,9%, 94,3% e 97,3%, indicando que alguma sinergia, mas que o aumento do teor de TiO2 alavanca a atividade fotocatalítica.

Conclusões

A unidade desenvolvida teve um funcionamento adequado, prescindindo de uma fonte de luz especial. Todos os materiais utilizados apresentaram fotoatividade. As misturas físicas de Nb2O5 e TiO2 revelaram fotoatividade compatível com a dos materiais puros, devendo-se considerar, contudo que a mistura de 70%Nb2O5-30%TiO2 revelou a melhor performance.

Agradecimentos

Ao Prof. Fabio B. Passos (TEQ/UFF), por gentilmente ceder as amostras de TiO2 e Nb2O5.

Referências

LOPES, Osmando F. et al. ÓXIDOS DE NIÓBIO: UMA VISÃO SOBRE A SÍNTESE DO Nb2O5 E SUA APLICAÇÃO EM FOTOCATÁLISE HETEROGÊNEA. Quím. Nova[online]. 2015, vol.38, n.1, pp.106-117.