Síntese de catalisadores à base de bismuto e suas aplicações em fotocatálise heterogênea sob radiação visível

Abstract

Neste trabalho foram empregados os métodos hidro e solvotérmico para sintetizar três diferentes catalisadores à base de bismuto (Bi2WO6, BiOI e BiVO4), visando aplicação em fotocatálise heterogênea sob radiação visível. Foram investigadas as influências do tempo de síntese, da calcinação, da adição de polivinilpirolidona (PVP) e do tipo de solvente usado durante a síntese sobre a morfologia, cristalinidade, área superficial específica e band gap das amostras. Os catalisadores foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de refletância difusa (ERD), difração de Raios-X (DRX) e adsorção de N2. Para avaliar a atividade fotocatalítica das amostras sintetizadas foram realizados experimentos em um reator batelada agitado, com o catalisador em suspensão e uma lâmpada de LED como fonte de radiação visível. As moléculas testes escolhidas foram o corante rodamina B, para determinação das amostras com maior atividade e, posteriormente, o fármaco prednisolona, sendo então estudados a influência da concentração de catalisador e do pH inicial do meio reacional. Foram realizados, também, ensaios de toxicidade com o organismo Lactuca sativa – sementes de alface, para avaliar a toxicidade da prednisolona pura, da mistura água e catalisador de BiOI e das alíquotas provenientes da reação de degradação da prednisolona após diferentes tempos. As amostras de Bi2WO6 apresentaram boa cristalinidade e semelhanças morfológicas apesar dos diferentes tratamentos. As amostras de BiOI, por sua vez, apresentaram diferenças significativas de morfologia, de microesferas para microplacas, quando foi feita a mudança de solvente e a amostra de BiVO4 apresentou um formato de paralelepípedo. Nos testes fotocatalíticos com a rodamina B, o catalisador que se mostrou mais ativo foi o BiOI cuja síntese continha PVP e etilenoglicol (kap = 0,0207 min-1) e o BiVO4 foi o que apresentou a menor atividade (kap = 0,0013 min-1). Na degradação da prednisolona, a maior taxa de degradação foi obtida com 1 g L-1 de catalisador e no pH natural do fármaco, 6,8. Os ensaios de toxicidade revelaram que nem a prednisolona nem a mistura água e catalisador são tóxicas para as sementes de alface, as alíquotas provenientes da reação, porém, tiveram um aumento de sua toxicidade com o aumento do tempo de reação.

In this work, solvo and hydrothermal methods were applied to synthesize three types of bismuth catalysts (Bi2WO6, BiOI and BiVO4) aiming to the apply it in heterogeneous photocatalysis under visible light. Were investigated the influences of reaction time, calcination, addition of poly (vinyl pyrrolidone) (PVP) and the solvent type during synthesis on their morphology, crystallinity, surface area and band gap. The catalysts were characterized by scanning electron microscopy (SEM), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), X-ray powder diffraction (XRD) and nitrogen adsorption/desorption. To evaluate photocatalytic activity of the synthesized samples, experiments were carried out in a stirred batch reactor, with the catalyst in suspension and a LED lamp as a source of visible light. The test molecules chosen were the rhodamine B dye for determination of the samples with higher activity and subsequently the drug prednisolone, and then was studied the effect of catalyst concentration and initial pH of the reaction medium. Toxicity tests were also perfomed with organism Lactuca sativa – lettuce seeds, to the toxicity of pure prednisolone, water and BiOI catalyst mixture and aliquots from prednisolone degradation after different reaction times. As a result, the Bi2WO6 samples presented good crystallinity and morphological similarities despite having undergone different treatments. The BiOI catalysts presented a significant difference in morphology, microspheres to microplates, when changed the solvent, while the BiVO4 sample presented a parallelepiped shape. In the photocatalytic tests with rhodamine B, the catalyst with the highest activity was BiOI, containing PVP and ethylene glycol (kap = 0.0207 min-1) in its synthesis, and the BiVO4 was the catalyst with the lowest activity (kap = 0.0013 min-1). In the prednisolone degradation, the highest degradation rate was obtained with 1 g L-1 of catalyst and natural pH of the drug, 6.8. The toxicity tests showed that neither prednisolone nor water and catalyst mixture are toxic to lettuce seeds, aliquots from reaction, however, had an increase in their toxicity with increasing reaction time.