Síntese e caracterização do CsBa2Nb3O10 pelo método dos precursores poliméricos.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Inorgânica

Autores

Nascimento, J.M. (UFPB) ; Medeiros, R.B. (UFPB) ; Souza, J.K.D. (UFPB) ; Maia, A.S. (UFPB) ; Santos, I.M.G. (UFPB)

Resumo

O presente trabalho propõe o emprego dos óxidos mistos de nióbio como fotocatalisador em uma estrutura perovskita lamelar. Devido à boa aplicabilidade de materiais semelhantes como fotocatalisador, o material apresenta alto potencial para a degradação de corantes têxteis, principalmente os que possuem o grupo azo em sua estrutura. A síntese do CsBa2Nb3O10 foi realizada pelo método dos precursores poliméricos e sua caracterização via difração em raios-X e espectroscopia na região do ultra-violeta. Os resultados confirmam que o método de síntese foi eficiente, levando a formação do material sem formação de fase secundária e com características de fotocatalisador na região do espectro UV.

Palavras chaves

Perovskita lamelar; fotocatalisador; CsBa2Nb3O10

Introdução

Entre os diversos elementos encontrados na tabela periódica, alguns tomam destaque devido a suas particularidades e abundância. O nióbio (Nb – Z=41), por exemplo, é um metal com elevada importância para o Brasil, uma vez que o país é o maior produtor mundial do mesmo, concentrando aproximadamente 95 % das reservas mundiais. Ele geralmente é encontrado na forma de óxidos, devido ao pequeno raio iônico, alta carga e elevada reatividade com o oxigênio. Com isso, o Nb tem aplicações em diversos tipos de materiais, que vão desde ferramentas de corte, aços estruturais, superligas e até catalisadores (SOUZA, 2018). Os niobatos, que são óxidos mistos deste metal, são formados a partir do compartilhamento de octaedros [NbO6], podendo assumir a forma de perovskitas lamelares. Estes compostos, em geral, são formados por placas de perovskitas intercaladas por um cátion ou unidades de estruturas catiônicas (MEDEIROS, 2018). Segundo Flores (2017), as perovskitas apresentam um diverso conjunto de propriedades, dentre elas a compatibilidade química e térmica aceitável com os componentes adjacentes a células fotovoltáicas. Além disso, apresentam-se como excelentes catalisadores, são materiais magnéticos e elétricos, e possuem uma boa estabilidade estrutural e dimensional em ciclos redox. Assim, este trabalho consiste na síntese do material CsBa2Nb3O10, uma perovskita lamelar de fase Dion-Jacobson (DJ) e de fórmula M[An-1BnO3n+1] via método dos precursores poliméricos (PP), visando a avaliação da sua atividade catalítica na fotodegradação do corante remazol amarelo ouro, sob radiação ultravioleta e visível, de forma semelhante a trabalhos da literatura, tal qual Medeiros (2018) e Souza (2018).

Material e métodos

A síntese do CsBa2Nb3O10 via método PP, partiu dos seguintes reagentes: Oxalato amoniacal de nióbio, nitrato de bário, carbonato de césio, ácido cítrico e etileno glicol. Foi preparada, sob agitação, uma solução do citrato dos metais de cada precursor, utilizando uma proporção molar de 3/1 ácido cítrico:metal, como estabelece o método utilizado. Em seguida, a solução foi aquecida a uma temperatura de 80°C e adicionado o etileno glicol na proporção 60% (ácido cítrico) – 40% (etileno glicol). A fim de reduzir a quantidade de água disponível no sistema para o aumento da viscosidade da solução, a temperatura foi mantida a 80°C até evaporação de 1/3 (um terço) do líquido e formação de uma resina. Esta resina foi levada a aquecimento de 300°C durante um período de 2h, a fim de decompor parcialmente o polímero e formar um material sólido carbonizado a ser macerado e passado em peneira de 200 mesh para controle da granulometria. Por fim, o pó foi calcinado. A síntese passou por diversas etapas de otimização, destacando-se a modificação da temperatura de 750 a 900 °C, permanência, utilizando-se 240, 120, 60 e 30 minutos, e velocidade de 10 °C/min e 5 °C/min, a fim de obter o melhor material sintetizado e eliminar todas as fases secundárias possíveis apenas com a queima na etapa de calcinação. O sólido sintetizado foi caracterizado por difração de raios-X. O DRX utilizado foi da marca Shimadzu, de modelo XDR-6000, potência de 2 kVA, voltagem de 30 kV e uma corrente de 30 mA. Esse equipamento utiliza radiação monocromatizada com Kα de cobre (λ=1,5406°). Utilizou-se o intervalo de varredura 2θ de 3 a 80 °, com passo 0,02 s e velocidade de 2 °/min. A caracterização UV-Vis foi feita utilizando um espectrofotômetro UV- 2550, da Shimadzu, utilizando o modo de reflectância difusa.

Resultado e discussão

O melhor resultado da síntese foi obtido utilizando a temperatura de 800 °C durante 60 minutos, com a variação de 5 °C/min. O difratograma obtido do CsBa2Nb3O10 otimizado foi indexado conforme os planos de difração da ficha cristalográfica JCPDS 01-070-7833 na forma tetragonal. O difratograma CsBa2Nb3O10 calcinado à 800 °C por 1 h a 5 °C/min, apresenta a confirmação do cristal puro, sem a presença de fases secundárias no sistema e semelhante, com picos bem definidos e uma boa cristalinidade, indicando a organização a longo alcance do material. Os valores de band gap direto e indireto foram calculados pelo método Kubelka- Munk e apresentaram valores de 3,12 e 3,67 eV, respectivamente.

Conclusões

Com base nos dados apresentados, é possível concluir que houve eficiência na síntese do CsBaNb3O10 pelo método dos precursores poliméricos. O band-gap calculado indica capacidade de formação do par elétron-buraco através de absorção de radiação ultra violeta. Em comparação com trabalhos realizados utilizando materiais com estrutura semelhante, pode-se esperar que o sintetizado possua potencial fotocatalítico, podendo ser aplicado na fotodegradação de corantes têxteis a fins de tratamento de efluentes.

Agradecimentos

Ao NEPLACOM/UFPB, por toda a infraestrutura e apoio fornecidos, a CBMM e ao CNPq pelo incentivo a pesquisa.

Referências

FLORES, J. A. Análisis de la estrutura perovskitas LaxSr1-xCryMn1-yO3-δ con potencial aplicación como ánodo para celdas de combustible de óxido sólido. Boletin de la sociedade española de cerâmica y vidrio, Elsevier, 56, 2, 73-82, Março-Abril 2017.

MEDEIROS, R. B., Síntese e caracterização de oxinitretos lamelares com fórmula K1+xM2Nb3O10-xNx (M= Ca e Sr) aplicados na descoloração fotocatalítica do corante remazol amarelo ouro. 2018. 136f. Dissertação de Mestrado – Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2018.

SOUZA, J. K. D., Avaliação fotocatalítica de niobatos lamelares: influência dos métodos de síntese, aspectos teóricos e experimentais. 2018. 168f. Tese de Doutorado – Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2018.