Síntese, caracterização e atividade fotocatalítica na região de luz visível de fotocatalisadores a base titânia comercial (P25 Evonik) e ferro

Abstract

A fotocatálise heterogênea é um Processo de Oxidação Avançada (POA) que envolve a ativação de um semicondutor pela radiação ultravioleta (UV). Para aumentar a eficiência do processo, impregnado o dióxido de titânio (TiO₂) com metal para assim, estender a banda de absorção para a região do visível (λ= 400 - 700nm) levando a otimização do processo. A fonte de energia para a ativação do catalisador, que neste caso, foi utilizado luz (LED) (λ=495-575 nm, FLC 1 W) e uma lâmpada tubular verde (TUV 18 W) como fonte de radiação visível, é uma eficiente luz para fotocatálise. Os principais objetivos deste trabalho foram sintetizar e caracterizar fotocatalisadores à base de TiO₂ dopado com ferro (Fe³⁺) com banda de absorção estendida para a região do visível e também, avaliar a potencialidade da atividade fotocatalítica do catalisador desenvolvido utilizando como poluente modelo o dietilftalato (DEF). Estudou-se a degradação fotocatalítica do DEF em fase aquosa, sob luz visível usando-se o TiO₂ (P25 Evonik) dopado com Fe³⁺ sabendo-se que o Fe³⁺ é proveniente do Cloreto Férrico (FeCl₃.6H₂O). Foi realizado um planejamento experimental fatorial completo, nível 2 e 3 variáveis, 2³ + 3, totalizando 11 ensaios, realizados em triplicata, considerando os efeitos dos seguintes fatores: Temperatura, tempo e percentual molar. Utilizando para o preparo do catalisador o método de Via Úmida, na concentração de partida de (8, 10 e 12 %). Calcinou-se o material utilizando uma rampa 10º C.min⁻¹ as temperaturas de calcinação foram (500, 700 e 900º C), durante (3, 4 e 5 h). Os catalisadores dopados P25 Evonik, foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), área superficial BET, UV-VIS com Refletância Difusa, Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Catalisadores estudados (Fcat-A, Fcat-B, Fcat-C, Fcat-D, Fcat-E, Fcat-F, Fcat-G, Fcat-H, Fcat-I, Fcat-J, Fcat-L, Fcat-M, Fcat-N, Fcat-O e Fcat-P) no qual absorvem fortemente na região do visível, com band gap de (3,10, 3,11, 3,02, 2,98, 3,20 2,98, 3,20, 3,15, 2,00, 2,16, 2,01, 2,07, 2,03, 2,12 2,06, 2,10, 2,05 eV) os tamanhos dos cristalitos (31,00, 29,00, 31,00, 60,00, 61,00 46,00, 32,00, 68,00, 34,00, 68,00, 34,00, 64,00, 33,00, 32,00 nm). O modelo cinético abordado foi o de Langmuir – Hinshelwood (L-H) de primeira ordem geralmente utilizado na degradação de compostos orgânicos. Das concentrações estudadas para a degradação de DEF (0,45, 1,35 e 2,25 mM), a concentração de 0,45 mM apresentou melhor entre as demais, os seguintes catalisadores Fct-G e Fcat-H com 0,53 e 0,60 % na temperatura de 500º C já para 900º C o Fcat-H e Fcat-I 0,55 %. Para 1,35 mM os mesmos obtiveram 0,61 e 0,80 % enquanto que o Fcat-I e o Fcat-J em torno de 0,77 e 0,70 % isso para valores Normalizados, respectivamente. O processo de degradação fotocatalítica do DEF em presença do TiO₂- Fe³⁺/UV usando luz LED de cor verde (1 W, 25º C, pH 8,250 rpm) no visível para os seguintes catalisadores que apresentaram os melhores rendimentos globais entre os catalisadores estudados Fcat-G, Fcat-I e Fcat-J, rendimentos de (49,4 45,0 e 39,0 %).