Avaliação da atividade fotocatalítica do compósito Ag3PO4/NiO

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Santos Júnior, R.K. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS) ; Martins, T.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS - CDMF-DQ) ; Silva, G.N. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS) ; Conceição, M.V.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS) ; Nogueira, I.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS) ; Longo, E. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS - CDMF-DQ) ; Botelho, G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS)

Resumo

O presente estudo teve como objetivo a formação de um compósito de Ag₃PO₄ e NiO, visando o melhoramento do processo de fotocatálise heterogênea. Para confirmar a formação do compósito foi realizada a caracterização do material por técnicas de difração de Raios-X (DRX), espectroscopia de reflectância difusa na região do UV/Vis (DRS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O processo fotocatalítico foi avaliado frente a degradação do corante RhB, confirmando uma melhora na eficiência para o compósito, quando comparado com a amostra pura de Ag₃PO₄. Após 10 minutos de fotocatálise o compósito degradou 92 %, enquanto o Ag₃PO₄ degradou apenas 80 %.

Palavras chaves

Fotocatálise Heterogênea; Compósitos; Fosfato de Prata

Introdução

Um dos maiores problemas mundiais é a poluição dos recursos hídricos, que ocorre principalmente pelo lançamento de efluentes industriais sem tratamento prévio. Logo, é de interesse científico o estudo de técnicas disponíveis para o tratamento destes efluentes (MALATO et al., 2009). As técnicas comumente empregadas não conseguem degradar a alta carga orgânica presente nos efluentes, além de serem consideradas lentas quando utilizadas em larga escala (FREIRE et al., 2000). Assim, os Processos Oxidativos Avançados (POA) vêm atraindo grande interesse por serem mais eficazes na degradação de compostos orgânicos, pois podem reagir com uma grande variedade de classes de compostos, promovendo sua total mineralização para compostos inócuos, como CO₂ e H₂O (MALATO et al., 2009). A fotocatálise heterogênea é um tipo de POA que consiste na utilização de semicondutores sólidos que possam ser ativados por radiação UV-Vis, para geração de radicais livres (MALATO et al., 2009). O Ag₃PO₄ é um semicondutor muito utilizado, apresentando alta eficiência fotocatalítica, no entanto apresenta baixa estabilidade estrutural. Uma estratégia possível para superar esta desvantagem é a formação de um compósito. Diante disto, propõe-se o estudo do compósito de Ag₃PO₄ com óxido de níquel (black NiO), visto que ainda não há estudos na literatura relacionado a este material, sendo possível a obtenção de resultados promissores.

Material e métodos

A síntese do Ag₃PO₄ foi realizada pela rota de coprecipitação, similar a metodologia utilizada por Botelho et al. (2015). Para a síntese do black NiO foi utilizado uma adaptação do estudo descrito por Liu et al. (2018), utilizando o método hidrotérmico convencional. O compósito de Ag₃PO₄/NiO foi obtido por precipitação in situ do Ag₃PO₄ sobre o black NiO disperso em água (YOSEFI; HAGHIGHI, 2018). O compósito obtido, com fração molar de 5% NiO e 95% Ag₃PO₄, foi nomeado de Ag/Ni5. Estas amostras foram caracterizadas por técnicas de DRX, DRS e MEV. Os testes fotocatalíticos foram realizados em um foto-reator desenvolvido no próprio laboratório, contendo 6 lâmpadas Philips TL-D 15 W 75/650, com radiação visível (360–740 nm). Para a avaliação do processo de fotodegradação, foi utilizado uma solução do corante Rodamina B (RhB), com concentração de 5,0 mg.L^-1. O máximo de absorção (554 nm) das alíquotas, retiradas em intervalos de tempos definidos (1, 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25 e 30 minutos), foram analisadas por espectroscopia de UV-Vis.

Resultado e discussão

Os difratogramas de Raios X para as amostras de NiO e Ag₃PO₄ apresentaram fase única, sendo indexadas de acordo com as fichas padrão ICSD 9866 e 14000 , respectivamente. O compósito apresentou a formação de picos bem definidos referentes ao Ag₃PO₄ e NiO, e não foi observado o deslocamento da posição dos picos, o que evidencia que não houve incorporação do NiO na rede do Ag₃PO₄ (Figura 1a). O valor de band gap obtidos pelas medidas de DRS, apresentaram valores de 2,1 eV e 2,7 eV para o Ag₃PO₄ e para o NiO, respectivamente. O valor obtido para o Ag₃PO₄ corresponde aos valores descrito na literatura (CHEN; DAI; WANG, 2015). O NiO apresentou um valor reduzido, quando comparado com os valores comumente encontrados na literatura, comprovando a formação do black NiO (DUAN et al., 2012). A redução do band gap é decorrente da metodologia utilizada para a sua obtenção (GAD et al., 2009). As micrografias obtidas por MEV (Figura 1b) mostraram a obtenção de micropartículas esféricas irregulares para o Ag₃PO₄, e a formação de superestruturas esféricas formadas por nano placas para o black NiO. Para o compósito observou-se a distribuição das micropartículas do Ag₃PO₄ sobre as superestruturas de NiO. A eficiência fotocatalítica para a degradação da RhB foi avaliada, e a amostra de Ag/Ni5 apresentou um resultado superior quando comparado com as amostras puras (Figura 2a). Considerando ainda que a cinética de degradação segue uma cinética de pseudo-primeira ordem, observou-se que a velocidade de degradação para o compósito foi maior, com constante de velocidade de 0,1936 mim^-1 (Figura 2b).

(a) Difratogramas de Raios-X e (b) Imagens de MEV para a amostra de Ag3PO4, NiO e Ag/Ni5.


(a) Degradação fotocatalítica da RhB e (b) Cinética de pseudo- primeira ordem para as amostras de Ag3PO4, NiO e Ag/Ni5.

Conclusões

Os resultados mostraram que foi possível sintetizar um compósito de Ag₃PO₄/NiO, com eficiência fotocatalítica superior a amostra de Ag₃PO₄ pura. O valor reduzido de band gap da amostra de NiO, provavelmente contribuiu para a melhoria na eficiência fotocatalítica do compósito. Para melhor entendimento é necessário estudos para determinação do mecanismo fotocatalítico e da estabilidade estrutural das amostras.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal do Tocantins, e ao Laboratório Interdisciplinar de Eletroquímica e Cerâmica da Universidade Federal de São Carlos.

Referências

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