Correlação entre as propriedades fotocrômicas e atividade fotocatalítica dos óxidos de titânio e tungstênio

Abstract

O emprego de 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. Este trabalho investigou a correlação entre as propriedades fotocrômicas e fotocatalíticas de fibras e dos filmes de TiO2, e de TiO2 dopados com H2WO4 e Na2WO4.2H2O. Para a síntese de fibras por electrospinning os reagentes utilizados foram: ácido acético glacial, propóxido de titânio, polivinilpirrolidona 10%, ácido túngstico e tungstato de sódio di hidratado. As fibras obtidas foram tratadas termicamente entre 650 ºC e 800 ºC, com patamar de 1 hora e taxa de aquecimento de 1,4 °C/min. Para obtenção dos filmes por spin-coater foram peparadas soluções contendo: 0,25 g de fibras tratadas entre 650 ºC e 800 ºC, etanol anidro, acetilacetona, Triton X-100 e polivinilbitiral. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), análise termogravimétrica (TGA) e termo-diferencial (ATD), espectroscopia de reflectância difusa (ERD), perfilometria, teoria Brunnauer Emmet e Teller (BET), ensaios de degradação de 125 mL de uma solução 20 ppm do corante alaranjado de metila e colorimetria através do sistema CIELa*b*. Os melhores resultados foram obtidos com as amostras deTiO2∕Na2WO4.2H2O. Estas amostras foram mais eficientes na mineralização do corante alaranjado de metila, pois 3 das 4 amostras sintetizadas degradaram aproximadamente 100% do corante e simultaneamente expressaram os maiores valores de reflectância, possivelmente devido a existência de uma sincronização entre as características químicas e físicas destes óxidos e a formação de defeitos pontuais (vacâncias) que ocupam posições atômicas de rede.

The use of TiO2 as the most commonly used semiconductor in heterogeneous photocatalysis becomes relevant because of its efficiency in the decomposition of pollutants from water, air, bacteria, cancer cells and the degradation of toxic organic compounds. This work investigated the correlation between the photocatalytic and photocatalytic properties of TiO2 and TiO2 fibers and TiO2 doped with H2WO4 and Na2WO4.2H2O. For the synthesis of fibers by electrospinning the reagents used were: glacial acetic acid, titanium propoxide, 10% polyvinylpyrrolidone, tungstic acid and sodium tungstate dihydrate. The obtained fibers were heat treated between 650 °C and 800 °C, with a 1 hour threshold and a heating rate of 1.4 °C/min. To obtain the films by spin-coater were prepared solutions containing: 0.25 g of treated fibers between 650 ºC and 800 ºC, anhydrous ethanol, acetylacetone, Triton X-100 and polyvinylbutyral. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission (TEM), thermogravimetric (TGA) and thermo-differential analysis (DTA), diffuse reflectance spectroscopy (ERD), profilometry, Brunnauer Emmet and Teller (BET) theory, 125 ml degradation assays of a 20 ppm solution of methyl orange dye and colorimetry through the system CIELa*b*. The best results were obtained with TiO2/Na2WO4.2H2O samples. These samples were more efficient in the methyl orange dye mineralization, since 3 of the 4 synthesized samples degraded approximately 100% of the dye and simultaneously expressed the highest values of reflectance, possibly due to the existence of a synchronization between the chemical and physical characteristics of these oxides and the formation of point defects (vacancies) that occupy atomic network positions.