Otimização da obtenção de nanotubos de dióxido de titânio suportados visando aplicação em fotocatálise : emprego do método de planejamento experimental Taguchi

Abstract

O objetivo do presente trabalho é otimizar nanotubos de dióxido de titânio suportados em titânio metálico obtidos por meio do processo de anodização visando o aumento do desempenho fotocatalítico e na descoloração de azul de metileno ainda não reportado na literatura. A morfologia dos nanotubos tem influência direta sobre a eficiência da atividade fotocatalítica, o que justifica, o estudo da variação dos parâmetros de obtenção. Para isso foi empregado o método de planejamento experimental Taguchi permitindo otimizar as condições experimentais e estimar a variabilidade da resposta do sistema em termos de parâmetros controláveis e sinais aleatórios. Dessa forma, pretende-se avaliar a influência dos seguintes parâmetros: pré-tratamento químico superficial, teor de fluoretos, teor de água e potencial aplicado sobre a morfologia obtida de nanotubos de dióxido de titânio sintetizados em mistura orgânica a partir do processo de anodização. O método de planejamento experimental Taguchi estabeleceu um ranking de importância dos fatores que influenciam a obtenção de estruturas adequadas para aplicações fotocatalíticas. Para a obtenção de nanotubos ideais para aplicação em fotocatálise, o potencial aplicado durante o processo de anodização apresentou maior influência no quesito dimensões de nanotubos. O fator que mais influenciou na formação de nanograss foi o pré-tratamento químico empregado sobre a amostra antes do processo de anodização. O teor de água foi o segundo fator que mais influenciou nas características estudadas. A morfologia dos nanotubos mostrou influência direta sobre a eficiência da atividade fotocatalítica. As amostras contendo nanotubos com os maiores diâmetros e área superficial apresentaram os melhores resultados nos ensaios fotocatalíticos na descoloração de azul de metileno sob irradiação ultravioleta. Na etapa desse trabalho que visa estabelecer uma relação entre a formação de nanograss sobre a superfície dos nanotubos com evolução da morfologia nanotubular, foram realizadas caracterizações quanto a estrutura, morfologia e desempenho fotoeletroquímico para diferentes tempos de anodização. Os resultados mostraram consideráveis variações de desempenho fotoeletroquímico em função do tempo de anodização e morfologias dos nanotubos obtidos.

The objective of the present work is to optimize titanium dioxide nanotubes supported onto titanium metal sheets obtained through the anodizing process aiming to increase photocatalytic performance and discoloration of methylene blue not yet reported in the literature. The morphology of nanotubes has a direct influence on the efficiency of photocatalytic activity, which justifies the study of the variation of the obtaining parameters. The Taguchi experimental design method was used to optimize the experimental conditions and to estimate the variability of the system response in terms of controllable parameters and random signals. Thus, it is intended to evaluate the influence of the following parameters: surface chemical pretreatment, fluoride content, water content and applied potential on the morphology obtained from titanium dioxide nanotubes synthesized in organic mixture from the anodizing process. The Taguchi method allowed to establish a ranking of importance from the factors that influence the obtaining of suitable structures for photocatalytic applications. In order to obtain ideal nanotubes for photocatalysis application, the potential applied during the anodizing process presented the greatest influence on nanotube dimensions. The factor that most influenced nanograss formation was the chemical pretreatment applied to the sample before the anodizing process. The water content was the second factor that most influenced the characteristics studied. The morphology nanotube showed a direct influence on the efficiency of photocatalytic activity. The samples containing nanotubes with the largest diameters and surface area showed the best results in photocatalytic analyses in the discoloration of methylene blue under ultraviolet irradiation. In the stage of this work that aims to establish a relationship between nanograss formation on the surface of nanotubes with evolution of nanotubular morphology, characterizations were made regarding the structure, morphology and photoelectrochemical performance for different anodizing times. The results showed considerable variations in photoelectrochemical performance as a function of the anodizing time and morphology of the obtained nanotubes.