Síntese, caracterização e propriedades fotocatalíticas de diferentes nanocompósitos TiO2/C

Abstract

Resumo: Este trabalho teve como objetivo desenvolver a síntese de nanopartículas de TiO2 pelo processo sol-gel com 3 tamanhos diferentes. Após estudo, três amostras foram obti-das. Estas amostras foram comparadas com as nanopartículas de TiO2-P25 comercial. Novos nanocompósitos foram formados entre as nanopartículas de TiO2 - obtidas pelo método sol-gel - e o polifurfuril álcool (PFA), através de duas rotas de síntese, ba-seadas na adição do furfuril álcool antes e após a formação das nanopartículas de TiO2. As amostras TiO2/PFA preparadas foram submetidas a pirólise numa temperatura de 900ºC, obtendo-se os nanocompósitos TiO2/C, em seguida foram caracterizadas por difratometria de raios X, espectroscopia Raman e IV-TF. Os nanocompósitos TiO2/C pro-duzidos foram avaliados através de em ensaios de adsorção e degradação fotocatalítica de corantes orgânicos reativos. Os melhores resultados obtidos foram para os nanocompósitos produzidos após a formação das nanopartículas de TiO2, em especial a amostra TiO2/C-0.2-0.4 com fase majoritária rutilo em presença de carbono desordenado, fato não encontrado na literatura para esta rota de síntese. Partindo-se desta amostra foi realizado estudo mais aprofun-dado, visando melhor compreensão a respeito da influência do tratamento térmico nas composições e propriedades dos catalisadores. Para tanto amostras TiO2/PFA-0.2-0.4 foram preparadas e pirolisadas em temperaturas de 400°C, 500°C, 600°C, 700°C e 900°C, visando a síntese de diferentes nanocompósitos TiO2/C-0.2-0.4. Comparativa-mente o mesmo procedimento foi realizado para sua amostra de origem TiO2-0.2 sem carbono. Como são diversas as variáveis de síntese, foi realizado um planejamento fatorial fracionário 24-1 para os nanocompósitos TiO2/C buscando avaliar simultaneamente o efei-to de quatro variáveis importantes : temperatura de síntese, proporção de catalisador, proporção Ti:FA e temperatura de pirólise. Comparativamente realizou-se o planejamento fatorial 23 somente com amostras de TiO2 para confirmação de que os ótimos resultados de adsorção e degradação fotoca-talítica obtidos para as amostras sintetizadas TiO2/C não ocorreram somente em virtude da presença da fase rutilo, mas sim devido à presença de efeito sinérgico entre as estru-turas de carbono desordenado e o óxido. A partir das informações obtidas nos estudos anteriores, foi realizado um estudo da influência da quantidade de carbono presente nos nanocompósitos. Para tanto, dife-rentes amostras foram feitas com quantidades crescentes de polímero. As amostras fo-ram pirolisadas, caracterizadas e submetidas a ensaios de adsorção e fotocatálise hete-rogênea. Por fim, em função dos resultados promissores obtidos nos estudos com o reator fotoquímico de bancada com radiação artificial, e visando simplificar o sistema de trata-mento em estudo, ensaios de degradação fotocatalítica foram conduzidos na presença de radiação solar com amostras de diferentes composições estruturais. Também foi avaliado a amostra TiO2-0.2 que deu origem aos nanocompósitos estudados e também comparati-vamente o comercial TiO2-P25 Ficou comprovado que as amostras TiO2/C apresentam excelentes respostas ca-talíticas e de adsorção, sendo que amostras com alta proporção da fase rutilo apresenta-ram os melhores resultados, tanto sob radiação artificial quanto sob radiação solar