Utilização de fibras nanoestruturadas de TiO2 como fotocatalisadores para geração de hidrogênio

Abstract

A fotocatálise amplamente empregada no tratamento de efluentes, descontaminação ambiental, degradação de poluentes e purificação de água residuária, vem surgindo também como uma alternativa para a geração de hidrogênio, como fonte de energia limpa. O seu mecanismo de ação reside na geração de radicais hidroxila (•OH), com alto poder oxidante, e na completa mineralização de diversos compostos orgânicos através da reação com este radical. O seu princípio de funcionamento consiste na ativação de um semicondutor (normalmente TiO2) por luz solar ou artificial. Sua utilização tem despertado a atenção de pesquisadores, devido a possibilidade de degradação completa dos compostos orgânicos sem a geração de subprodutos. A aplicação do TiO2, na qualidade de semicondutor mais comumente utilizado em fotocatálise heterogênea adquire relevância, devido à sua eficiência na decomposição de poluentes da água, do ar, bactérias, células cancerígenas e na degradação de compostos orgânicos tóxicos. Dentro deste contexto, neste trabalho, foram obtidas através da técnica de electrospinning fibras nanoestruturadas de TiO2 e, tratadas termicamente entre 650 ºC e 800 ºC. Estas fibras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX) para a determinação das fases presentes e da estrutura cristalina formada, por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET) para análise microestrutural. os métodos de Brunnauer Emmet e Teller (BET) e Barret Joyner Halenda (BJH), foram utilizados para avaliação da área superficial, e, a fotocatálise heterogênea, empregada nos ensaios de fotodegradação, mediante a observação da descoloração com o tempo de 125 mL de uma solução 20 ppm do corante alaranjado de metila na presença das fibras nanoestruturadas de TiO2 (fotocatalisadores). Os resultados obtidos demonstram que as fibras de TiO2, tratadas termicamente a 650 ºC, contendo a fase anatase possuem elevada atividade fotocatalítica e podem ser aplicadas à geração de energia. A produção de hidrogênio através de fontes renováveis, além de oportunizar a obtenção de energia de forma limpa, também permite a redução dos impactos ambientais gerados.

The photocatalysis widely employed in the treatment of effluents, environmental decontamination, degradation of pollutants and purification of wastewater, is also emerging as an alternative for the generation of hydrogen, as a source of clean energy. Its mechanism of action resides in the generation of hydroxyl radicals (-OH), with high oxidizing power, and in the complete mineralization of several organic compounds through the reaction with this radical. Its working principle consists in the activation of a semiconductor (usually TiO2) by sunlight or artificial light. Its use has aroused the attention of researchers, due to the possibility of complete degradation of organic compounds without the generation of by-products. The application of TiO2, as the most commonly used semiconductor in heterogeneous photocatalysis becomes relevant, due to its efficiency in the decomposition of water and air pollutants, bacteria, cancer cells and in the degradation of toxic organic compounds. Within this context, in this work, nanostructured TiO2 fibers were obtained by electrospinning and heat treated between 650 ºC and 800 ºC. These fibers were characterized by X-ray diffraction (XRD) to determine the phases present and the crystalline structure formed, by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) for microstructural analysis. The Brunnauer Emmet and Teller (BET) and Barret Joyner Halenda (BJH) methods were used for evaluation of the surface area, and, the heterogeneous photocatalysis, employed in the photodegradation tests, by observing the decolorization over time of 125 mL of a 20 ppm solution of methyl orange dye in the presence of TiO2 nanostructured fibers (photocatalysts). The results obtained demonstrate that the TiO2 fibers, heattreated at 650 °C, containing the anatase phase possess high photocatalytic activity and can be applied to power generation. The production of hydrogen through renewable sources, besides providing an opportunity to obtain energy in a clean way, also allows the reduction of environmental impacts generated.