Análise da fotoatividade de fibras de TiO2 observadas através da descoloração do corante alaranjado de metila

Abstract

O alaranjado de metila é um corante aniônico pertencente ao grupo dos azocorantes, muito empregado em ensaios de fotocatálise heterogênea. Sua utilização adquiriu relevância, devido ao fato dos corantes sintéticos, mais especificamente os corantes azo serem os contaminantes responsáveis por aproximadamente 10-20% da poluição dos efluentes. Estes resíduos podem gerar subprodutos perigosos resultantes da oxidação, hidrólise ou outras reações químicas. A sua elevada estabilidade química, dificulta a ação de tratamentos convencionais na purificação de águas contaminadas. A utilização da fotocatálise heterogênea se insere dentro deste contexto, pois além de ser um tratamento eficiente para a diminuição da toxicidade de águas superficiais contaminadas também não polui o meio ambiente com a geração de subprodutos. Neste processo, radicais hidroxila são gerados através da excitação de semicondutores, constantemente expostos a luz solar ou artificial. Na fotocatálise heterogênea a excitação do semicondutor ocorre através da absorção de fótons, com energia maior ou igual a energia de band gap, ocasionando a promoção do elétron da banda de valência (BV) para a banda de condução (BC), gerando assim o par elétron/lacuna. Dentre os vários semicondutores empregados como fotocatalisadores, o mais comumente utilizado na degradação/mineralização de poluentes orgânicos é o TiO2. Fotocatalisadores são sólidos semicondutores que se caracterizam por converterem a energia contida em fótons (luz) em energia eletroquímica disponível em um sistema químico, tanto para oxidação, como para a redução de compostos ou espécies químicas (íons). Diversas moléculas se mostraram capazes de promover a fotocatálise, entre elas o ZnO e o TiO2. O dióxido de titânio é um semicondutor do tipo n que possui três formas alotrópicas, anatase, brookita e rutilo. É utilizado comercialmente como um material para conferir opacidade às tintas, cosméticos, plásticos e papéis. A presente proposta, tem como objetivo a síntese de nanoestruturas de TiO2 através da técnica de electrospinning, utilizando polivinilpirrolidona e tetraisisopropóxido de titânio como reagentes precursores. Após a síntese das fibras, o material obtido foi tratado termicamente em diferentes temperaturas para análise microestrutural através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), das fases presentes através da difração de raios X (DRX), da energia de band gap por espectroscopia de reflectância difusa (ERD) e a atividade fotocatalítica. Acompanhou-se a degradação do corante alaranjado de metila em presença das fibras de dióxido de titânio sob iluminação UV-A. Observou-se que a formação e a presença majoritária da fase anatase é um fator fundamental para a maior atividade fotocatalítica das fibras nanoestruturadas de TiO2.

Methyl orange is an anionic dye belonging to the azocolorants group, widely used in heterogeneous photocatalysis assays. Its use has acquired relevance due to the fact that synthetic dyes, more specifically azo dyes are the contaminants responsible for approximately 10-20% of effluent pollution. These residues can generate hazardous by-products resulting from oxidation, hydrolysis, or other chemical reactions. Their highchemical stability makes it difficult for conventional treatments to purify contaminated water. The use of heterogeneous photocatalysis fits into this context, because besides being an efficient treatment to reduce the toxicity of contaminated surface water, it does not pollute the environment with the generation of by-products. In this process, hydroxyl radicals are generated through the excitation of semiconductors, constantly exposed to sunlight or artificial light. In heterogeneous photocatalysis the excitation of the semiconductor occurs through the absorption of photons, with energy greater than or equal to the band gap energy, causing the promotion of the electron from the valence band (BV) to the conduction band (BC), thus generating the electron/lacuna pair. Among the various semiconductors used as photocatalysts, the most commonly used in the degradation/mineralization of organic pollutants is TiO2. Photocatalysts are semiconductor solids that are characterized by converting the energy contained inphotons (light) into electrochemical energy available in a chemical system, both for oxidation and reduction of compounds or chemical species (ions). Several molecules have been shown to promote photocatalysis, among them ZnO and TiO2. Titanium dioxide isan n-type semiconductor that has three allotropic forms, anatase, brookite, and rutile. It is used commercially as a material to impart opacity to paints, cosmetics, plastics and paper. The present proposal, aims to synthesize TiO2 nanostructures by electrospinning technique, using polyvinylpyrrolidone and titanium tetraisisoproxide as precursor reagents. After fiber synthesis, the obtained material was heat treated at different temperatures for microstructural analysis by scanning electron microscopy (SEM), of the phases present by X-ray diffraction (XRD), of the band gap energy by diffuse reflectance spectroscopy (DRE) and photocatalytic activity. The degradation of methyl orange dye in presence of the titanium dioxide fibers under UV-A illumination was followed. It was observed that the formation and majority presence of the anatase phase is a key factor for the enhanced photocatalytic activity of the nanostructured TiO2 fibers.