Membrana Polimérica Obtida Por Eletrofiação Com Potencial Fotocatalítico

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Ruyz Medeiros, A. (UNIOESTE) ; Lima, F. (UNIOESTE) ; Caetano, J. (UNIOESTE) ; Dragunski, D. (UNIOESTE) ; Petry, J. (UNIOESTE) ; Rosenberger, A. (UNIOESTE)

Resumo

Para a confecção das fibras foi utilizada a técnica de eletrofiação cujos parâmetros do processo foram: tensão 14 kV, fluxo 1 mL/h e distância entre o coletor e a agulha de 14 cm. Preparou-se a solução polimérica com 15%(m/v) de Ecovio® e 10%(m/v) de TiO2-R com 1%(m/m) de Fe3O4. O estudo da degradação fotocatalítica foi realizado a partir da irradiação da solução de corante Vermelho BF-4B a uma luz 300W UV-A/UV-B, sendo que a porcentagem de degradação obtida foi próximo de 60% em 24 horas. No intuito de melhorar o desempenho da membrana, foi realizado um estudo com a mesma após imersão em água por 18 horas antes da degradação fotocatalítica, qual a porcentagem de degradação foi próxima de 70%.

Palavras chaves

Corante; Dióxido de Titânio; Óxido de Ferro

Introdução

A poluição das águas que é causada por resíduos orgânicos é a mais preocupante devido a toxicidade dos seus componentes. O setor que mais contribui para essa contaminação são as indústrias, que por conta do seu desenvolvimento produzem uma grande quantidade de rejeitos líquidos. Dentre essas indústrias, destaca-se a indústria têxtil, qual desempenha um papel importante na economia do país. (COSTA, 2009). Sistemas baseados na geração de radicais livres reativos e oxidantes vem se destacando devido a destruição dos contaminantes. Esses sistemas são denominados processos oxidativos avançados (POAs) (ZANGENEH et al., 2015). O estudo dos POAs tem sido bastante empregado pelo fato de sua técnica converter os poluentes em CO2 e H2O. Além disso, o processo mediado por semicondutores tem sido bastante promissor, como por exemplo a utilização de dióxido de titânio (TiO2) (SHEIKH et al., 2016). Entretanto, a utilização do mesmo como catalisador é ativado somente sob irradiação ultravioleta. O interessante seria estender sua faixa espectral para a região do visível para melhorar sua atividade fotocatalítica, logo, a utilização de dopantes como o Fe2+/Fe3+ torna-se eficiente para promover a excitação para o visível (SOARES, 2013). . Segundo Memarian (2015), fibras poliméricas com TiO2 apresentaram vantagens quando utilizadas como fotocatalisadores, sendo assim, surgiu o interesse de produzir fibras poliméricas contendo TiO2 com Fe3O4, com o intuito de estudar sua atividade fotocatalítica em corantes.

Material e métodos

Preparou-se uma solução polimérica de Ecovio® 15% (m/v) nos solventes clorofórmio e dimetilformamida (DMF) na proporção 85:15% (v/v). Nesta solução foi incorporado 10% de TiO2 rutilo e 1% de Fe3O4, sendo posteriormente levada a agitação magnética por 24 horas antes do processo de eletrofiação. Para o controle da vazão, foi aplicado um fluxo de 1,0 mL/h. A distância entre a agulha e o coletor foi de 12 cm e a diferença de potencial aplicada na fonte de alta tensão foi 14 kV. Com o intuito de estudar a cinética de degradação do corante, foi preparada uma solução de Vermelho BF- 4B 35 mg/L em pH 7. Em seguida, 30 mL dessa solução foi colocada em um béquer contendo a fibra polimérica. Posteriormente, essa solução foi irradiada por uma lâmpada de Xenônio 300W UV-A/UV-B por 24 horas, com temperatura controlada em 21,0°C por um banho termostatizado. A absorvância da solução de corante foi medida em intervalos de tempo iniciais de 30 minutos e após 3 horas as medidas foram realizadas em intervalos de 1 hora, utilizando um espectrofotômetro UV/vis Shimadzu-1800 na região espectral de 200-800 nm. Além disso, foram realizadas análises de MEV da fibra polimérica. O mesmo teste foi realizado para a fibra polimérica imersa em água por 18 horas antes do processo de degradação fotocatalítica.

Resultado e discussão

Após a obtenção das fibras com e sem a adição dos semicondutores, foi realizada análise de MEV (Figura 1) no intuito de avaliar diâmetros, morfologias e suas possíveis alterações. A análise mostrou que ao incorporar o TiO2 e Fe3O4 no polímero, houve uma diminuição do diâmetro das fibras, sendo 0,6706 ± 0,1447μm para a fibra incorporada e 0,9466± 0,2490μm para a fibra de Ecovio, o que pode indicar a interação dos semicondutores com o polímero. Além disso, observando o desvio padrão da membrana de Ecovio e da membrana com os dois semicondutores, pode-se perceber que houve uma maior homogeneidade com a presença dos mesmos. A diminuição no diâmetro e o aumento na homogeneidade ocorre possivelmente pelo aumento da condutividade elétrica da solução. No estudo de degradação (Figura 2), avaliou-se a porcentagem de degradação do corante Reativo Vermelho BF-4B da fibra polimérica sem imersão em água e imersa em água por 18h. Diante disso, os resultados obtidos demonstraram que a fibra polimérica imersa em água antes do processo de degradação foi mais eficiente, degradando cerca de 70% do corante, já a fibra sem imersão, degradou aproximadamente 60% do corante, ambas em 24 horas. Essa diferença pode ocorrer pelo fato da fibra polimérica possuir características hidrofóbicas, que acaba dificultando dos semicondutores com o corante, logo a imersão da mesma em água antes da fotocatálise, auxilia o contato do poluente com os semicondutores presentes no interior das fibras, aumentando a eficiência no processo de degradação.

Micrografias de MEV da membrana de Ecovio® a) com 10% de TiO2 com 1% de Fe3O4 e b) pura na ampliação de 20kX.


Estudo da degradação fotocatalítica do corante reativo Vermelho BF-4B.

Conclusões

A partir da técnica da eletrofiação foi possível obter uma fibra polimérica incorporada com Dióxido de Titânio Rutilo e Óxido de Ferro com atividade fotocatalítica para a degradação do corante reativo Vermelho BF-4B, sendo que a fibra polimérica imersa em água antes do processo de degradação foi mais eficiente.

Agradecimentos

Agradeço a Fundação Araucária, a UNIOESTE e ao grupo de pesquisa GIPEFEA.

Referências

COSTA, L. L. DA. Aplicação de nanotubos de titânia na fotodegradação de corantes. Brasília, 2009.
BONANCÊA, C. E. Estudo dos mecanismos de fotodegradação de corantes sobre dióxido de titânio através de técnicas de espectroscopia Raman intensificadas. São Paulo, 2005.
CASAGRANDA, L. Remoção de corante vermelho reativo 4B, utilizando como adsorvente palha de milho. Pato Branco, 2014.
COSTA, L. L. DA. Aplicação de nanotubos de titânia na fotodegradação de corantes. Brasília, 2009.
MEMARIAN, F.; TEHRAN, M. A.; LATIFI, M. TiO2 nanofiber yarns: A prospective candidate as a photocatalyst. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, v. 23, p. 182–187, 2015.
SHEIKH, F. A. et al. Photocatalytic properties of Fe2O3-modified rutile TiO2 nanofibers formed by electrospinning technique. Materials Chemistry and Physics, v. 172, p. 62–68, 2016.
SOARES, G. B. Estudos sobre a fotodegradação de poluentes catalisada por semicondutores: avaliação do papel do dopante nitrogênio na atividade de TiO2. São Carlos, 2013.
ZANGENEH, H. et al. Photocatalytic oxidation of organic dyes and pollutants in wastewater using different modified titanium dioxides: A comparative review. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, v. 26, p. 1–36, 2015.