Fotodescolorização de corantes comerciais utilizando Nb2O5 sob luz solar simulada

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ambiental

Autores

Silva, M.A.R. (UFPA) ; Campos, W.E.O. (UFPA) ; Zamian, J.R. (UFPA) ; Conceição, L.R.V. (UFPA) ; Filho, G.N.R. (UFPA) ; Monteiro, W.R. (UFPA)

Resumo

Devido a intensa industrialização e demanda populacional, o desenvolvimento de métodos de remediação ambiental no controle da poluição vêm crescendo nas ultimas década, em especial, a fotocatálise fornece uma via alternativa na eliminação de contaminantes por meio da transformação química destes compostos. Nesse estudo, avaliou-se a fotodegradação de grupos cromóforos de dois corantes comerciais, onde foi obtido 82% de degradação para o corante comercial azul, com 75 minutos de irradiação, e 80% para o corante comercial verde, em 150 minutos de irradiação.

Palavras chaves

Fotocatálise; Nb2O5; Degradação de corantes

Introdução

O crescimento populacional e a demanda energética do atual cenário mundial ocasionam o aumento da poluição urbana, associada à emissão de gases estufa e a liberação de contaminantes nos meios naturais, dessa forma, o desenvolvimento de métodos de remoção de tais poluentes vem ganhando atenção da comunidade científica nas ultimas décadas. A utilização da fotocatálise heterogênea como forma de remediação ambiental possui grande vantagem em relação à outras técnicas físicas de tratamento como adsorção e filtração, uma vez que é capaz de transformar quimicamente poluentes antropogênicos em compostos menos danosos ao ecossistema, JING et al (2013). O pentóxido de nióbio (Nb2O5) é um composto que possui grande importância em diversas áreas da catálise, incluindo a fotocatálise, sendo usado em células solares, fotólise da água e fotodegradação de compostos tóxicos em água, XUE et al (2016). A sua baixa toxicidade, estabilidade termodinâmica e boa atividade fotocatalítica colocam o Nb2O5 na lista de materiais promissores para aplicação em tratamentos ambientais, o Brasil, por sua vez, possui um importante papel em suas pesquisas, sendo o maior produtor mundial de nióbio, NOWAK & ZIOLEK (1999). O despejo de corantes no ecossistema é uma preocupação recorrente, pois a presença de corantes em águas naturais diminui a penetração de luz solar, alterando as reações fotossintéticas realizadas por algas e plantas, além disso, muitos são considerados tóxicos a animais presentes nos meios aquáticos, MURUGANANDHAM et al (2006). Portanto, este trabalho tem como objetivo avaliar a fotodegradação de grupos cromóforos, ou fotodescolorização, de corantes comerciais usados em artesanatos e pinturas têxteis, utilizando o fotocatalisador Nb2O5 sob ação de luz solar simulada.

Material e métodos

O fotocatalisador Nb2O5 foi sintetizado pelo método de oxidação por peróxido, descito por LOPES et al, 2014. 2g do precursor oxalato amoniacal de nióbio (NH4[NbO(C2O4)2(H2O)2]nH2O – CBMM) foram dissolvidos em 50 mL de água. Após a dissolução do sólido, peróxido de hidrogênio (Vetec, 30% v/v) foi adicionado em uma proporção molar 10:1 de H2O2:Nb. A solução foi agitada por 30 minutos e transferida para uma autoclave revestida de teflon, que foi mantida por 15h à 125ºC em uma mufla. O precipitado foi filtrado e lavado várias vezes com água e etanol e mantido em uma estufa à 80°C por 3h Os testes fotocatalíticos foram realizados com dois corantes comerciais nas tonalidades azul e verde, onde o corante azul, usado em artesanatos e pinturas caseiras, foi denominado CA, enquanto que o corante verde, usado em tingimentos de tecidos, foi designado como CV. Os ensaios consistiam em um béquer sob irradiação de luz solar simulada usando uma lâmpada de vapor metálico 400 W como fonte de radiação com uma placa de vidro como filtro da radiação UV. Em cada teste, foram adicionados 0,1g de catalisador em 100 mL de soluções 1 g.L^-1 de CA e CV. Antes da iluminação, as suspensões foram agitadas magneticamente no escuro por 30 minutos para garantir o estabelecimento de um equilíbrio adsorção-dessorção entre o catalisador e corante. Depois disso, a solução foi exposta à irradiação de luz solar simulada sob agitação magnética com fluxo de ar constante. Durante a iluminação, alíquotas de 3 mL foram retiradas, sendo centrifugadas para a separação das partículas do sólido. Por fim, as alíquotas foram analisadas através da absorção máxima (606 nm em CA e 628 nm em CV) apresentada nos espectros UV-vis usando um espectrofotômetro Thermo Nicolet.

Resultado e discussão

O Nb2O5 é um fotocatalisador cuja energia de bandgap (diferença de energia entre as bandas de condução e valência) é de 3,4 eV, indicando que este é somente ativado em radiações eletromagnéticas com frequências na região do ultravioleta. Entretanto, como já explicado por LOPES et al, 2014, o Nb2O5 pode ser “sensitizado” por corantes como a Rodamina B, onde este permite a transferência de elétrons excitados do orbital LUMO do corante para a banda de condução do catalisador. Dessa forma, o Nb2O5 pode ser empregado na remediação de corantes sob a luz visível, radiação predominante no espectro da luz solar e simulada nos testes em laboratório. De fato, de acordo com a Figura 1, podemos observar que ambos os corantes apresentam diminuições das absorções de seus grupos cromóforos. Os espectros de CA indicam que o composto apresenta dois picos de absorção no visível (606 nm e 695 nm), ambos diminuindo de intensidade de acordo com o passar do tempo de teste, assinalando a sua fotodescolorização. Os espectros de CV também indicam a degradação de grupos cromóforos, que provocam uma forte absorção no comprimento de onda 628 nm. A Figura 2 ilustra as taxas de degradação dos dois corantes com o tempo, onde pode ser verificado que o corante azul é mais rapidamente degradado do que o corante verde. De fato, com 60 minutos de teste, a concentração de CA é reduzida a 77% da inicial, enquanto que apenas 38,5% de CV é degradado. Após 75 minutos de irradiação, a concentração de CA foi diminuída a 82% da inicial. Para o corante verde (CV), após 150 minutos, cerca de 80% de seu grupo cromóforo foi degradado.

Taxas de degradação dos corantes comerciais em relação ao tempo.


Espectros UV-Vis de degradação de corantes comerciais

Conclusões

De acordo com os resultados obtidos, a utilização do Nb2O5 em testes fotocatalíticos promoveu a fotodegradação de grupos cromóforos (e a sua consequente fotodescolorização) de dois corantes comerciais, usados para artesanato (corante azul) e para tingimento de tecidos (corante verde). Para o corante azul, com 75 minutos de irradiação de luz solar simulada, cerca de 82% do material foi degradado, enquanto que ocorre uma diminuição de 80% da concentração do corante verde em 150 minutos de teste.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao laboratório de catálise e oleoquímica (LCO), ao parque de ciência e tecnologia (PCT) e a CAPES/CNPQ pelo financiamento das pesquisas.

Referências

JING, L.; ZHOU W.; TIAN G.; FU H. Surface tuning for oxide-based nanomaterials as efficient photocatalysts. Chemical Society Reviews, v. 42, n. 24, p. 9509-9549, 2013.
LOPES, O. F.; PARIS, E. C.; RIBEIRO, C. Synthesis of Nb2O5 nanoparticles through the oxidant peroxide method applied to organic pollutant photodegradation: A mechanistic study. Applied Catalysis B: Environmental, v. 144, p. 800-808, 2014.
MURUGANANDHAM, M.; SOBANA, N.; SWAMINATHAN, M. Solar assisted photocatalytic and photochemical degradation of Reactive Black 5. Journal of hazardous materials, v. 137, n. 3, p. 1371-1376, 2006.
NOWAK, I.; ZIOLEK, M.. Niobium compounds: preparation, characterization, and application in heterogeneous catalysis. Chemical Reviews, v. 99, n. 12, p. 3603-3624, 1999.
XUE, J.; WANG R.; ZHANG Z.; QIU S. Facile preparation of C, N co-modified Nb2O5 nanoneedles with enhanced visible light photocatalytic activity. Dalton Transactions, v. 45, n. 41, p. 16519-16525, 2016.