Preparo, caracterização e aplicação de nanocompósitos TiO2/C na degradação de poluentes emergentes por fotocatálise heterogênea

Abstract

Resumo: De maneira geral, grande parte do potencial poluente associado às atividades antrópicas está relacionado com a emissão de grandes volumes de resíduos domésticos e industriais, os quais, mesmo tratados pelas rotinas convencionais disponíveis, apresentam espécies químicas resistentes e tóxicas que contaminam o meio hídrico. Em função desta realidade, muitos esforços têm sido dedicados ao desenvolvimento de tecnologias alternativas, com claro destaque para os processos de oxidação avançada e, dentro deste contexto, para a fotocatálise heterogênea. Neste trabalho estuda-se a capacidade de degradação fotocatalítica de nanocompósitos a base de dióxido de titânio e óxido de grafeno (GO/TiO2), frente a substratos de relevância ambiental. Os nanocompósitos GO/TiO2 e as nanopartículas de TiO2 foram obtidos através do método sol-gel modificado. Posteriormente caracterizados através das técnicas de difração de raios X, Espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura equipado com espectrometria de raios X de energia dispersiva, análise termogravimétrica, espectroscopia infravermelho e espectroscopia de fotoelétrons por raios X. Permitindo associar as diferentes características, como proporção das fases anatase, rutilo e bruquita, grupos funcionais, entre outros com o desempenho fotoatalítico de cada material. Avaliou-se o efeito de variáveis operacionais de relevância (pH e massa do semicondutor) foi avaliado por um planejamento fatorial 22. Posteriormente, estudos de degradação foram realizados nas condições previamente estabelecidas, utilizando-se uma solução aquosa do corante preto reativo 5, diclofenaco de potássio e sulfametoxazol (20 mg L-1). Tanto as nanopartículas de TiO2 sintetizadas, como os nanocompósitos à base de TiO2/óxido de grafeno, apresentaram um bom desempenho como catalisador, com diferenças nos processos de remoção para cada um dos substratos. Palavras chave: nanocompósitos, TiO2, óxido de grafeno, preto reativo 5, sulfametoxazol e diclofenaco de potássio

Abstract: The contamination of the aquatic environment is generally associated with human activities, especially with large volumes of both domestic and industrial waste, which even after conventional wastewater treatment available, still have species resistant to chemical and toxic products. Due to this reality, many efforts have been devoted to the development of alternative technologies, with highlighted emphasis on advanced oxidation processes and, in this context, for heterogeneous photocatalysis. In this work we study the photocatalytic degradation capacity of graphene oxide/titanium dioxide base (GO/TiO2) based composites face to environmental relevance substrates. GO/TiO2 nanocomposites and TiO2 nanoparticles were obtained by the modified sol-gel method. These materials were characterized by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy equipped with energy dispersive X-ray spectrometry, thermal analysis, infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, allowing to associate the different characteristics as the proportion of anatase, rutile and bruquite phase and the functional groups with the photocatalytic performance of the materials. The effect of relevant experimental variables (pH and TiO2 amount) on the degradation capacity of the TiO2-mediated photocatalytic process was studied by a two level full factorial design. Subsequently, degradation studies were performed on predetermined conditions, using aqueous solutions of reactive black 5 dye, diclofenac potassium and sulfamethoxazole (20 mg L-1). Results indicated tha both TiO2 nanoparticles synthesized and TiO2/graphene oxide nanocomposites showed a good performance as a catalyst, with differences in the processes for removing each substrate. Key-words: nanocomposite, TiO2, graphene oxide, reactive black 5, sulfametoxazole and diclofenac potassium