Obtenção de óxido de tungstênio pelo método sol-gel usando estruturantes aniônicos e não iônicos

Abstract

Neste trabalho foram estudados os comportamentos dos precursores de óxido de tungstênio, tungstato de sódio e ácido peroxotungstico, em meio aquoso, bem como a influência de um agente estruturante aniônico e um não iônico na estrutura, composição química e na atividade fotocatalítica do produto final. Sistemas aquosos contendo diferentes concentrações do precursor tungstato de sódio (0-150 mmol·L-1) e concentração constante de dodecilsulfato de sódio (SDS, 60 mmol·L-1) apresentaram espécies com diferentes estruturas e números de coordenação, chamadas de poli(isotungstatos). A interação com SDS foi observada por ressonância magnética nuclear de hidrogênio. Filmes foram obtidos por acidificação desses sistemas, deposição (spin coating e casting sobre silício) e calcinação (ar, 500 e 700 °C por 2 e 3 h). Os produtos, tungstato de sódio e politungstatos de sódio (Na2W2O7 e Na2W4O13) são resultados da não conversão total do precursor em ácido túngstico. Essas espécies apresentaram baixo rendimento fotocatalítico para degradação de alaranjado de metila (AM). O método de deposição e a temperatura de calcinação influenciaram as características dos filmes, resultando em estruturas nano e micrométricas na forma de fractais, bastões, esferas e discos Sistemas aquosos contendo concentração constante do precursor ácido peroxotúngstico (PTA, 6 g·L-1) e diferentes concentrações de álcool polivinílico (PVAL, 0,12-24 g·L-1), foram estudados em meio aquoso e convertidos posteriormente em pós por calcinação à 700 °C por 3 h. A interação, em meio aquoso, verificada por espalhamento de raios X em ângulo rasante e calorimetria isotérmica. A concentração de PVAL no meio aquoso influenciou na morfologia das estruturas, pois houve formação de nanodiscos e microcubos nos pós obtidos com sistemas contendo menor e maior concentração de PVAL, respectivamente. O uso do PTA como precursor permitiu a obtenção de óxido de tungstênio sem impurezas, fornecendo bom rendimento na degradação fotocatalítica do azul de metileno que chegou a ser 100% após 90 minutos sob iluminação com lâmpada UV-C.

In this work the behavior of the tungsten oxide precursors, sodium tungstate and peroxotungstic acid, in aqueous medium was studied, as well as the influence of an anionic and nonionic structuring agent on the structure, chemical composition and the photocatalytic activity of the final products. Aqueous systems containing different concentrations of sodium tungstate precursor (0-150 mmol·L-1) and constant concentration of sodium dodecyl sulfate (SDS, 60 mmol·L-1) presented species with different structures and coordination numbers, named polyisotungstates. The tungstate/SDS interaction was observed by nuclear magnetic resonance of hydrogen. Films were obtained by acidification of these systems, followed by deposition (spin coating and casting on silicon) and calcination (air, 500 and 700 ° C for 2 and 3 h). The products, sodium tungstate and sodium polytungstate (Na2W2O7 and Na2W4O13) are results of partial conversion of the precursor into tungstic acid. These species showed low photocatalytic yield for degradation of methyl orange (AM). The deposition method and the calcination temperature influenced the characteristics of the films, resulting in nano and micrometric fractal-like structures, rods and discs Aqueous systems containing constant concentration of the peroxotungstic acid precursor (PTA, 6 g·L-1) and different concentrations of poly(vinyl alcohol) (PVAL, 0.12-24 g·L-1) were studied in aqueous medium and subsequently converted into powders by calcination at 700 ° C for 3 h. The interaction in aqueous medium was verified by Xray scattering at low angle and isothermal calorimetry. The concentration of PVAL influenced the morphology of the structures, since nanodiscs and microcubes were observed in the powders obtained with systems containing lower and higher concentration of PVAL, respectively. The use of PTA as precursor allowed to obtain tungsten oxide without impurities, providing a good yield in the photocatalytic degradation of methylene blue that reached 100% after 90 minutes under illumination with UV-C lamp.