Síntese e caracterização de nanocompósitos de MOFs com nanotubos de TiO2 para uso na fotodegradação de poluentes emergentes

Abstract

O ramo da fotocatálise heterogênea revelou-se como uma tecnologia interessante devido a sua potencialidade na degradação de contaminantes utilizando materiais de caráter semicondutor e radiação solar. O uso de dióxido de titânio (TiO2) como fotocatalisador para degradação de poluentes, em especial como os corantes, é utilizada a algumas décadas. Da mesma forma, o uso de estruturas metalorgânica (MOFs) de titânio na degradação de corantes. No entanto, a formação de um fotocatalisador utilizando os dois materiais tem sido pouco reportado na literatura. Este trabalho desenvolveu uma metodologia de síntese, caracterização e aplicação deste fotocatalisador na degradação do corante azul de metileno. Chapas de titânio foram anodizadas, tratadas termicamente e os nanotubos de TiO2 foram obtidos, então as MOFs puderam ser sintetizadas in situ, na síntese delas foram testados dois ligantes orgânicos (1,4-H2BDC e 2-NH2-1,4 H2BDC) e dois precursores metálicos (Fe e Ti). As propriedades estruturais e morfológicas do material sintetizado foram espectroscopia óptica no UV-Vis por refletância difusa (DRS), difração de raios-X (DRX), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria, potencial zeta. A eficiência de fotocatálise do material foi avaliada por espectroscopia óptica no UV-Vis. Foram realizados testes preliminares do compósito com placas 2,0 x 2,0 cm, além de variação do tempo de adsorção e irradiação no material. Os resultados de morfologia e estrutura do material indicam que o compósito denominado NT TiO2/MIL-125-NH2 (Ti) realmente foi sintetizado e seu band gap de 2,7 eV proporcionou os melhores resultados de fotodegradação. Este material apresentou melhor eficiência na descoloração e possível degradação do corante azul de metileno, com redução de 54 % da concentração inicial quando usado no formato de monólitos, cujas reações ocorreram no período de 9h, sendo 2h de adsorção (repouso) e as horas restantes expostas à radiação solar. Nota-se desta reação principal que o modelo cinético é de pseudoprimeira ordem com constante de velocidade de 0,0016 min-1 . A solução final da reação fotocatalítica não apresenta toxidade para as sementes de Lactuca sativa ao levar em conta a diluição deste despejo em corpos receptores, mas ocorre leve inibição de crescimento.