Síntese e caracterização de oxido de zinco dopado com nióbio e fucose para tratamento da água

Abstract

O ser humano, em sua busca contínua por evolução, alcançou avanços significativos, especial- mente na criação de produtos que facilitam a vida cotidiana. No entanto, esse progresso gerou

um crescimento acelerado da economia e urbanização, com impactos profundos no meio ambi- ente. A Terceira Lei de Newton pode ser aplicada ao comportamento humano, pois afirma que

toda ação gera uma reação de igual intensidade, mas em direção oposta. Um exemplo disso é a criação de poluentes, conhecidos como contaminantes emergentes (CEs), que representam riscos à saúde humana e ao equilíbrio ambiental. Estudos sobre nanopartículas demonstraram que algumas têm o potencial de prevenir a poluição da água, interagindo e reduzindo os CEs. A nanociência e nanotecnologia têm diversas aplicações, como em biomedicina, diagnóstico e catálise. O óxido de zinco (ZnO) é um material promissor, devido à sua atividade fotocatalítica superior a materiais tradicionais. Estratégias como dopagem são utilizadas para modificar e melhorar suas propriedades de superfície. A pesquisa tem como objetivo desenvolver nanopartículas de ZnO funcionalizadas com nióbio (Nb) e fucose (C6H12O5), analisando suas propriedades físicas e químicas para avaliar a aplicação contra CEs sob irradiação de luz visíve, onde a principal motivação para estudar esta incorporação destes três elementos é poder melhorar as propriedades fotocatalíticas. A combinação de ZnO, fucose e cloreto de nióbio melhora a degradação de corantes em água, aumentando a capacidade fotocatalítica de decompor compostos orgânicos em águas residuais, facilitando sua remoção de forma mais eficiente. O novo composto apresenta estabilidade aprimorada, acelerando as reações, purificação e reduzindo a pegada ecológica dos corantes nos ecossistemas aquáticos. Durante o processo, as amostras preparadas com diferentes proporções e concentrações, contendo fucose, ZnO, NbCl5, Zn(NO3)2, NaOH, álcool isopropílico e etílico. As reações ocorreram em forno a diferentes temperaturas e tempos. As amostras foram caracterizadas por técnicas como difração de raios X (DRX), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), microscopia eletrônica de varredura (MEV), FTIR, espectroscopia Raman, magnetometria MPMS-SQUID, RPE e UV-Vis. Os resultados mostraram que o ZnO nanométrico funcionalizado com NbCl5 e fucose, produzido pelo método de co-precipitação, manteve a estrutura cristalina de wurtzita do ZnO, mesmo após a dopagem. A dopagem alterou propriedades como o tamanho das partículas e a distribuição de vacâncias de oxigênio. Os fotocatalisadores à base de ZnO apresentaram partículas com tamanhos entre 31 e 36 nm, com o band gap reduzido de 4,37 eV para 1,18 eV, efeito atribuído ao NbCl5 e fucose, bem como às vacâncias de oxigênio geradas. A terceira etapa do processo obteve uma remoção fotocatalítica máxima de 85% do poluente azul de metileno em 120 minutos de irradiação de luz, um aumento de eficiência de 40% e uma taxa de remoção 1,86 vezes mais rápida do que o ZnO não dopado. Essa pesquisa sugere que a combinação de ZnO dopado com NbCl5 e fucose pode ser uma solução eficaz para a remoção de contaminantes emergentes da água, representando uma alternativa sustentável e eficiente no tratamento de águas residuais.