Síntese solvotérmica de TiO2 e análise da atividade fotocatalítica

Abstract

O dióxido de titânio (TiO2) pertence à família dos óxidos de metais de transição que pode ser encontrado sob as formas polimórficas: anatase (tetragonal), rutilo (tetragonal) e brookita (ortorrômbica). TiO2 é, por sua vez, um semicondutor que possui amplo band gap; 3,2; 3,02 e 2,96 eV para anatase, rutilo e brookita, respectivamente. Em decorrência desta ampla energia de band gap, TiO2 tem sido extensivamente utilizado como fotocatalisador, sendo a fase anatase a preferida para este tipo de aplicação. O TiO2 é um sólido branco, insolúvel em água, foto e quimicamente estável, não é tóxico e é resistente à corrosão. Além de ser um material considerado muito promissor para aplicações ambientais, como para tratamento de efluentes. Dentro deste contexto, o objetivo geral do presente trabalho foi produzir TiO2 por um método com baixo consumo de energia, caracterizar sua microestrutura e avaliar a atividade fotocatalítica na degradação de corante. O óxido foi preparado baseado na rota dos peróxidos oxidantes combinado com tratamento solvotermal assistido por micro-ondas nos tempos 15 e 45 minutos e nas temperaturas de 150 e 200°C. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (ATG) e teoria Brunauer-Emmett-Teller (BET). Para realização dos ensaios de fotocatálise, foi utilizado o corante vermelho ácido 357 como composto modelo. Em um experimento típico, 100 mg de catalisador foram adicionados em 100 mL de uma solução 20 ppm do corante. Os resultados indicaram que foi possível obter TiO2 na fase anatase a partir da rota dos peróxidos oxidantes combinado com tratamento solvotermal. Além disso, os catalisadores sintetizados exibiram boa adsorção e atividade fotocatalítica na remoção de poluentes da água como o corante vermelho ácido, não sendo necessário dopagem ou calcinação para alcançar tal desempenho.

Titanium dioxide (TiO2) belongs to the transition metal oxides family and occurs in three different polymorphic forms: anatase (tetragonal), rutile (tetragonal) and brookite (orthorhombic). TiO2 is a semiconductor that has broad band gap; 3,2; 3,02 e 2,96 eV for anatase, rutile and brookite, respectively. As a result of this broad band gap energy, TiO2 has been extensively used as a photocatalyst, and the anatase phase is the preferred one for this type of application. Titanium dioxide is a white, insoluble in water, photochemical and chemically stable, non-toxic and corrosion resistant. Besides being a material considered promising for environmental applications, such as effluent treatment. In this context, the general objective of the present work was to produce TiO2 by a low energy consumption method, to characterize its microstructure and to evaluate the photocatalytic activity in dye degradation. The oxide was prepared based on oxidant peroxide method combined with microwave-assisted solvothermal treatment at 15 and 45 minutes and at temperatures of 150 and 200 °C. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), thermal gravimetric analysis (TGA) and Brunauer Emmett-Teller theory (BET). The dye acid red 357 was used as the model compound to the photocatalysis tests. In a typical experiment, 100 mg of catalyst was added in 100 mL of a 20 ppm dye solution. The results indicated that it was possible to obtain TiO2 in the anatase phase via the oxidant peroxide method and microwave-assisted solvothermal treatment. In addition, the catalysts synthesized exhibited good adsorption and photocatalytic activity in the removal of pollutants from water as the dye acid red 357, with no doping or calcination required to achieve such performance.