AVALIAÇÃO DO POTENCIAL FOTOCATALÍTICO DE NANOTUBOS DE TITANATO TROCADOS COM Sr2+ e Co3+ NA DEGRADAÇÃO DO AZUL DE METILENO

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Físico-Química

Autores

Nascimento Costa, L. (IFMA) ; Hipolito da Silva, M. (UFPI) ; Meneses Rocha, J. (IFPI) ; Milton Elias de Matos, J. (UFPI) ; Aparecida Carvalho França, A. (UFPI)

Resumo

A poluição de águas com corantes tem se tornado um problema muito frequente, trazendo consequências severas aos recursos naturais e a saúde humana. O trabalho em questão propõem a síntese de nanotubos de titanato pelo método hidrotérmico e a troca iônica dos mesmos com os íons Co3+ e Sr2+ para fotodegradação do corante azul de metileno. As análises de Raman comprovaram a formação das nanoestruturas tubulares, assim como a eficiência da troca iônica. Os testes de degradação foram realizados utilizando uma lâmapada de 30W, com absorção no visível, e mostrou-se viável para todas as nanoestruturas sintetizadas. A amostra trocada com Co apresentou a maior taxa de degradação, com eficiência de 89,8%.

Palavras chaves

nanotubos de titanato; troca iônica ; fotocatálise

Introdução

Os maiores responsáveis pelo despejo de corantes no ambiente são as indústrias têxtil e alimentícia, sendo o tratamento das águas poluídas um grande desafio, visto que, esses produtos não são biodegradáveis (CHENG, K. et al., 2018; SANDOVAL, A. et al., 2016). Entre as técnicas mais estudadas para a degradação de corantes está a fotocatálise. O TiO2 tem sido um semicondutor muito utilizado, assim como os nanotubos de titanato (TiNTs) sintetizados pelo método hidrotérmico alcalino (KASUGA, T. et al., 1998), cuja a atividade fotocatalítica apresenta bons resultados na degradação de compostos orgânicos. (FANG, W et al., 2017). A inserção de metais nessas estruturas, como Co ou Sr, também tem sido objeto de intenso estudo, visto que é possível melhorar algumas propriedades do material e aumentar a eficiência fotocatalítica na região da luz visível. O trabalho em questão propõem a troca iônica em nanotubos de titanato com os cátions metálicos Sr2+ e Co3+, com o objetivo de degradar o corante azul de metileno.

Material e métodos

Os nanotubos de titanato (NaTiNTs) foram sintetizados pelo método hidrotérmico alcalino assistido por micro-ondas, usando TiO2 como precursor e NaOH a 10 mol.L-1. As troca iônicas foram feitas utilizando 300 mg de NaTiNTs em agitação com as respectivas soluções dos nitratos de cobalto e estrôncio, concentração de 0,05 mol.L-1. O material foi caracterizado por Raman e espectroscopia no infravermelho. A atividade fotocatalítica foi realizada em uma caixa fechada com lâmpada de LED (30 W) e banda de absorção no visível. A concentração do corante azul de metileno foi de 0,1 mmol.L-1 e durante todo o procedimento a solução foi oxigenada e mantida sob agitação a temperatura ambiente. A avaliação da degradação foi feita a partir da espectroscopia no Uv-vis.

Resultado e discussão

No espectro Raman dos TiNTs (Figura 1) as bandas características dos nanotubos de titanato são representadas por η. As bandas que estão localizadas em torno de 145 e 195 cm-1 indicam o modo vibracional da ligação Na-O-Ti; as bandas localizadas em torno de 275, 448 e 662 e 700 cm-1 são atribuídas às ligações Ti-O-Ti do octaedro TiO6; e a banda localizada próximo a 906 cm-1 está associada as ligações não compartilhadas com o octaedro de TiO6 (MARQUES, 2013; VIANA et al., 2011). Após a troca observa-se a diminuição na intensidade das bandas no Raman e um deslocamento para números de onda menores indicando a troca iônica dos íons Na+ por Co3+ e Sr2+. Na Figura 2 é possível avaliar a taxa de degradação para os testes realizados. A fotólise apresentou taxa de 75,5%, enquanto para os catalisadores sintetizados NaTiNTs, CoTiNT e SrTiNT, tem-se taxas de 82,7%, 89,8% e 85,3%, respectivamente. A amostra de nanotubos trocada com cobalto apresentou maior eficiência no processo. É possível supor que a inserção de íons Co3+ modificou a “banda gap” do material e favoreceu a eficiência desse catalisador.

Conclusões

A síntese dos nanotubos de titanato a partir do método hidrotérmico mostrou-se eficiente, assim como, o processo de troca iônica dos íons Na+ pelos íons Co3+ e Sr2+. O espectro Raman constatou que a estrutura dos nanotubos permanece intacta após inserção dos mesmos. Os TiNTs puros e trocados apresentaram boa atividade fotocatalítica na degradação do azul de metileno. A nanoestrutura modificada com cobalto apresentou a maior taxa de degradação, 89,8%, demonstrando ser a amostra mais eficiente no processo da fotocatálise.

Agradecimentos

CAPES; CNPq; FISMAT; UFPI

Referências

1. CHENG, Kaiyu et al. Synergistic adsorption of Cu (II) and photocatalytic degradation of phenanthrene by a jaboticaba-like TiO2/titanate nanotube composite: An experimental and theoretical study. Chemical Engineering Journal, v. 358, p. 1155-1165, 2019.
2. FANG, Wenzhang; XING, Mingyang; ZHANG, Jinlong. Modifications on reduced titanium dioxide photocatalysts: A review. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, v. 32, p. 21-39, 2017.
3. KASUGA, Tomoko et al. Formation of titanium oxide nanotube. Langmuir, v. 14, n. 12, p. 3160-3163, 1998.
4. MARQUES, T. M., “Nanotubos de Titanato Intercalados: Estudo do Mecanismo de Formação de Partículas”, Dissertação de Mestrado em Ciêcias dos Materiais, Universidade Federal do Piauí, 2013.
5. SANDOVAL, Alberto; HERNÁNDEZ-VENTURA, Cristina; KLIMOVA, Tatiana E. Titanate nanotubes for removal of methylene blue dye by combined adsorption and photocatalysis. Fuel, v. 198, p. 22-30, 2017
6. VIANA, Bartolomeu C. et al. Alkali metal intercalated titanate nanotubes: a vibrational spectroscopy study. Vibrational Spectroscopy, v. 55, n. 2, p. 183-187, 2011.