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

Abstract

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.