DEGRADAÇÃO FOTOCATALÍTICA DO CORANTE ORGÂNICO VERMELHO DO CONGO UTILIZANDO NANOPARTÍCULAS HÍBRIDAS DE CuO E AMIDO

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Iniciação Científica

Autores

Quinzeiro, S.F.L. (IFMA) ; Morais, M.L. (IFMA) ; Santos, M.R.P. (IFMA) ; Alves, E.B. (IFMA) ; Lima, I.M. (IFMA) ; Silva, (IFMA) ; Almeida, K.S. (IFMA) ; Rodrigues, W.V. (IFMA)

Resumo

A indústria têxtil descarta grande quantidade de corantes orgânicos. A degradação destes poluentes utilizando a fotocatálise com nanopartículas híbridas tem se mostrado um método promissor. O objetivo deste trabalho é sintetizar estruturas de nanopartículas de CuO como agente degradante juntamente com amido como adsorvente, no processo de fotodegradação do corante Vermelho do Congo. O material híbrido CuO/Amido foi sintetizado nas proporções de 1:1 e 2:1 em massa. Os resultados obtidos demonstraram que o compósito possui melhor atividade fotocatalítica na concentração 1,5 g/L em ambas proporções, obtendo degradação de 55,24% na proporção 1:1 e 68,4% na proporção 2:1, além disso, o processo possui também capacidade adsortiva.

Palavras chaves

Fotocatálise; Vermelho do congo; Óxido de Cobre

Introdução

O setor têxtil gera grandes volumes de efluentes que apresentam coloração intensa, quando não tratados por um método adequado pode alterar o ecossistema diminuindo a transparência da água e a penetração da radiação solar e, consequentemente, a atividade fotossintética (ARAÚJO; YOKOYAMA, 2006; CLAUSEN; TAKASHIMA, 2007). Os efluentes que contém vermelho do congo (VC), um corante aniônico, são gerados a partir das indústrias têxtil, de impressão, papel etc. Devido à estabilidade estrutural, o VC é difícil de ser degradado (OLADOJA; AKINLABI, 2009). Uma forma de reduzir os subprodutos e a cor desses efluentes são os Processos de Oxidação Avançados (POAs) que utilizam agentes oxidantes fortes e/ou catalisadores, na presença ou não de radiação para gerar radical hidroxila (HO•). Este radical por ser muito reativo é capaz de degradar substâncias orgânicas, como os corantes. Dentre os processos que produzem radical hidroxila, a fotocatálise heterogênea com nanopartículas de CuO tem se mostrado um método promissor na degradação de contaminantes, pois não possui a limitação da transferência de massa. Esse processo baseia-se na irradiação de um semicondutor, onde o radical hidroxila é formado a partir da lacuna fotogerada com moléculas de água ou íons hidroxila previamente adsorvidos na superfície do catalisador (CLAUSEN; TAKASHIMA, 2007). Por outro lado, o amido (AM) vem sendo empregado como material adsorvente de metais pesados e corantes orgânicos devido sua estrutura porosa e capacidade de realizar ligações com diferentes materiais (GUO et al., 2013; MIAO et al., 2010; ZOU et al., 2012). Dessa forma, sintetizou-se uma estrutura híbrida CuO-AM, nas proporções 1:1 e 2:1 em massa, com capacidade de adsorver o corante orgânico VC pela capacidade de interação entre o CuO e o amido.

Material e métodos

As nanoparticulas de CuO foram sintetizadas pelo método de co-precipitação, utilizando o CuSO4∙5H2O como agente precursor e a solução de NaOH como agente de precipitação. O sistema permaneceu em agitação magnética por 1 hora e centrifugado por 3 vezes com água destilada por 5 minutos, a 3000 rpm. Posteriormente, o centrifugado foi seco a 50°C por 1 h, seguido de maceração do produto. As nanopartículas de Cu(OH)2 foram calcinadas a 500°C por 4h para obtenção do CuO. O compósito CuO/AM foi sintetizado pelo aquecimento de 10 mL de uma suspensão contendo 0,1 e 0,05g de amido (para obtenção do CuO-Am (1:1) e CuO-Am (2:1) respectivamente) e mantido em agitação até atingir uma temperatura de 80°C, a fim de solubilizar todo o amido. Em seguida, o sistema foi resfriado à temperatura ambiente. Os produtos foram postos em uma placa de petri e secos em estufa a 60°C por 18h. Para realização dos ensaios fotocatalíticos, foram utilizadas soluções de 50 mL do corante vermelho do congo de concentração de 3,0∙10-5 mol/L, na presença de CuO/Amido (1:1 e 2:1) nas concentrações de 0,4; 1,0 e 1,5 g/L. As soluções foram mantidas sob agitação por 30 minutos na ausência de luz, para que fosse atingido o equilíbrio de adsorção entre a superfície dos sólidos e as moléculas do corante, após esse período, com o auxílio de uma cânula de silicone e uma seringa foram coletadas alíquotas de 3,0 mL da solução sob exposição da radiação UV (proveniente de uma lâmpada de mercúrio sem bulbo de 125 W de potência) nos tempos 0, 10, 20, 30, 45, 60, 90 e 120 min. Os espectros de absorção foram obtidos a partir do espectrofotômetro Cary 60 UV-Vis da Agilent Technologies no intervalo de 200 a 650 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 da análise UV-Vis durante os testes demonstram que o compósito possui boa atividade fotocatalítica, obtendo melhor degradação na concentração 1,5 g/L do compósito em ambas as proporções (1:1 e 2:1) de CuO para Amido (Figura 1C e 1F), havendo redução da absorbância no comprimento de onda 480 nm (transição π-π* do grupo azo) e consequente descoloração do corante, como mostrado nas Figuras 1A, 1B, 1C, 1D, 1E e 1F. Esses resultados vão ao encontro ao que afirmam Kim et al. (2015) que o fato de o CuO possuir menor band gap (1,2 eV) facilita a passagem da banda de valência para a banda de condução, que consequentemente melhoram a atividade fotocatalítica do compósito. Essa migração de elétrons nos semicondutores induzidos pela radiação ultravioleta proveniente da lâmpada de mercúrio são fatores determinantes na atividade fotocatalítica. A absorção do CuO no UV-Vis em torno de 600 nm revela que a atividade fotocatalítica do semicondutor se encontra na faixa visível facilitando a degradação do corante vermelho do congo (KUMAR et al., 2015). Nos testes fotocatalíticos através da análise UV-Vis observou-se que o compósito também possui boa adsorção, esse processo ocorreu por conta da presença do amido no compósito, pois segundo MIAO et al. (2010) o amido é considerado um bom material de adsorção devido à sua estrutura microporosa, alta área superficial, e presença de grupos ativos, como grupos hidroxila e amino. As Figuras 2A e 2B mostram, respectivamente, os gráficos de redução da concentração relativa (C/C0) e o percentual de degradação do corante tratado com o compósito em suas respectivas concentrações nas proporções 1:1 e 2:1 de CuO para Amido.

Conclusões

Os testes fotocataliticos utilizando CuO-Amido, nas proporções 1:1 e 2:1 em massa, demonstraram que o híbrido possui potencial para utilização em processos de fotodegradação, devido as propriedades de degradação do CuO juntamente com as propriedades de adsorção do amido, uma vez que o híbrido na concentração 1,5 g/L, em ambas proporções, apresentou a melhor atividade fotocatalitica na descoloração do corante VC.

Agradecimentos

Ao IFMA, pela bolsa concedida durante a realização da pesquisa. Ao Prof. Me. Wallonilson Veras, pela orientação. Aos colegas de laboratório, pelo apoio.

Referências

ARAÚJO, F. V. F.; YOKOYAMA, L. Remoção de cor em soluções de corantes reativos por oxidação com H2O2 / UV. Química Nova, v. 29, nº 1, p. 11-14, 2006.

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.

GUO, L.; LI, G.; LIU, J.; MENG, Y.; TANG, Y. Adsorptive decolorization of methylene blue by crosslinked porous starch. Carbohydrate Polymers, v. 93, p. 374-379, 2013.

KIM, S. H.; UMAR, A.; KUMAR, R.; IBRAHIM, A. A.; KUMAR, G. Facile synthesis and photocatalytic activity of cocoon-shaped CuO nanostructures. Materials Letters, v. 156, n. 1, p. 138-141, 2015.

KUMAR, P. S.; SELVAKUMAR, M.; BABU, S. G.; JAGANATHAN, S. K.; KARUTHAPANDIAN, S.; CHATTOPADHYAY, S. Novel CuO/chitosan nanocomposite thin film: facile hand-picking recoverable, efficient and reusable heterogeneous photocatalyst. RSC Advances, v. 5, n. 71, p. 57493-57501, 2015.

MIAO, Z.; LI, Z.; DENG, D.; WANG, L.; LIU, Y. Novel crosslinked starch microspheres as adsorbents of Cu2+. Journal of applied polymer science, v. 115, n. 1, p. 487-490, 2010.

OLADOJA, N. A.; AKINLABI, A. K. Congo red biosorption on palm kernel seed coat. Industrial & Engineering Chemistry Research, v. 48, p. 6188-6196, 2009.

ZOU, W.; YU, L.; LIU, X.; CHEN, L.; ZHANG, X.; QIAO, D.; ZHANG, R. Effects of amylose/amylopectin ration on starch-based superabsorbent polymers. Carbohydrate Polymers, v. 87, p. 1583-1588, 2012.