Redes metalorgânicas contendo centros metálicos de cobre e ferro funcionalizadas para fotodegradação de corantes orgânicos

Abstract

O acúmulo de corantes orgânicos no ambiente aquático representa uma fonte crítica de poluição, sendo resistentes a processos convencionais de degradação. A performance de fotocatalisadores à base de MOFs, quando explorada em termos de eficiência, durabilidade e mecanismos de ação durante a fotocatálise não apresentam resultados relevantes, devido ao seu bandgap largo. O presente trabalho investiga a fotocatálise de corantes orgânicos sob irradiação solar simulada, utilizando redes metalorgânicas (metal-organic frameworks, MOFs) baseadas em estruturas coordenadas com ácido trimésico (BTC) de cobre (CuBTC) e ferro (FeBTC) em um processo simultâneo de adsorção e fotocatálise. Para isso, foram sintetizadas MOFs utilizando eletroquímica, que posteriormente foram modificadas parcialmente com sulfeto de sódio (Na2S), formando in situ semicondutores de CuS ou FeS, sendo assim preparados os compósitos CuBTC/CuS e FeBTC/FeS. Os compósitos foram então fixados em uma matriz de poliácido lático (PLA), com o intuito de minimizar a lixiviação. A caracterização microestrutural indicou a modificação parcial da estrutura das MOFs com Na2S, formando semicondutores de CuS e FeS junto com a MOF. Foi possível observar o aumento da descoloração, de 52% do azul de metileno (AM) com CuBTC para 87% com CuBTC/CuS, e de 43% com FeBTC para 86% FeBTC/FeS via fotocatálise com simulaçõ de luz solar. Além disso, a aplicação do processo Foto-Fenton ao compósito de FeBTC/FeS-1 resultou em uma melhoria na eficiência de descoloração, passando de 86% com FeBTC, para 99% e mineralização de 31%. O compósito FeBTC/FeS, fixado no PLA, manteve sua integridade estrutural e alcançou aproximadamente 100% de rendimento após 8 ciclos de fotocatálise do azul de metileno. Dessa forma, verificou-se a viabilidade de síntese e ação fotocatalítica dos compósitos de CuBTC/CuS e FeBTC/FeS para fotodegradação de corantes orgânicos, destacando-se como uma solução promissora para aplicações industriais, onde a ciclabilidade do catalisador é fundamental.