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Degradação de corantes têxteis em fotorreator em batelada empregando o catalisador imobilizado em copos descartáveis de polipropileno

European Journal of Clinical and Experimental Medicine 2024
Raiane Clair Ramirez dos Santos

Summary

Researchers immobilized titanium dioxide photocatalyst onto discarded polypropylene cups to degrade textile dyes in a batch photoreactor, demonstrating that plastic waste could be repurposed as a low-cost catalyst support while achieving effective removal of water-polluting colorants under UV irradiation.

Polymers
Body Systems

As indústrias têxteis causam um significativo impacto ambiental devido à emissão de contaminantes, contribuindo para a poluição da água. Para enfrentar esse desafio, a fotocatálise heterogênea emerge como uma solução promissora. Essa tecnologia é fundamentada na utilização de catalisadores, como o TiO2. O dióxido de titânio tem sido comumente estudado para fins fotocatalíticos, embora possua atividade limitada pela alta recombinação dos pares lacuna/elétron gerados. Para contornar esta deficiência podem ser utilizadas nanopartículas de metal nobre, como o ouro. Portanto, o presente estudo teve como objetivo analisar a influência das nanopartículas de ouro (NPsAu) na superfície do TiO2 e investigar a produção de filmes TiO2/PP para a degradação fotocatalítica de efluentes têxteis. Inicialmente, foram sintetizados fotocatalisadores à base de (0,1% e 1,0%) de ouro e TiO2, utilizando os métodos de deposição- precipitação (síntese 1) e deposição por via úmida modificada (síntese 2). Os catalisadores TiO2 e Au-TiO2 foram caracterizados por diversas técnicas analíticas instrumentais. A análise de adsorção/dessorção com gás nitrogênio identificou diminuições de 11% a 57% na área superficial em comparação com o precursor TiO2. As análises por difração de raios-X (DRX), espectroscopia de refletância difusa (ERD) e microscopia eletrônica de varredura acoplada à espectroscopia de energia dispersiva (MEV/EDS) confirmaram a presença das NPsAu na superfície do óxido. A ressonância plasmônica foi visualizada pela técnica de ERD, evidenciando sua contribuição para a absorção de radiação na região do visível. As NPsAu no fotocatalisador 0,1%Au-TiO2(síntese 2) desempenharam a função de sumidouros de elétrons, resultando na redução da recombinação dos pares elétron-lacuna. Contrariamente, nos demais materiais sintetizados, as NPsAu atuaram como centros de recombinação, provocando a geração de picos mais intensos no espectro de fotoluminescência (FL). Os testes realizados para avaliar a atividade fotocatalítica na degradação de uma solução de 25 mg.L-1 de RB5, em diferentes valores de pH (4, 6 (natural) e 10), sob a influência de radiações artificial, solar natural e visível, indicaram que as NPsAu diminuíram a eficiência da atividade fotocatalítica do TiO2. No entanto, o TiO2 revelou-se um fotocatalisador com grande potencial para aplicação em sistemas fotocatalíticos que empregam a radiação solar natural. Sendo assim, o TiO2 foi imobilizado através da técnica de dip-coating, em suporte de polipropileno, confeccionado a partir de copo descartável reciclado. Os suportes, após serem submetidos a processos físicos e químicos, demonstraram uma excelente afinidade com o óxido, exibindo aderências superiores a 90%. A eficiência fotocatalítica dos sistemas, utilizando o catalisador em pó e imobilizado, foi testada frente a degradação da solução de 25 mg.L-1 de RB5 no reator em batelada, sendo observados os efeitos: do pH do meio, concentração de catalisador e da fonte de radiação. O estudo do pH revelou a grande influência da adsorção nos processos fotocatalíticos, sendo esse fenômeno favorecido em pHs ácidos. Foi obtida uma degradação de 93% para o sistema em pó sob pH 6 e exposição à radiação solar artificial no período de 30 min. Para os sistemas imobilizados, a eficiência de degradação foi de 72%, obtida sob pH 10 com radiação sunlight no tempo de 60 min. A concentração de catalisador de 0,5 mg.L-1 conduziu aos melhores resultados para os dois sistemas estudados. Os dados experimentais ajustarem-se bem ao modelo cinético de pseudo-primeira ordem de Langmuir-Hinshelwood (R 2 ≥ 0,96). Por fim, a reutilização dos filmes provocou a redução da eficiência (57,5%) após o quarto ciclo. A partir dos resultados alcançados, pode-se afirmar que os filmes de TiO2 mostraram eficácia na degradação do RB5, representando uma opção promissora para o tratamento de efluentes têxteis.

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