Estudo comparativo de TiO2

Aug 14, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12075 (2023) Citar este artigo

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Este estudo se concentrou em uma comparação direta do tratamento hidrotérmico convencional e de micro-ondas durante a síntese do fotocatalisador TiO2 – Fe3O4, que é um catalisador eficaz para a decomposição do metronidazol. O fotocatalisador passou por diversas análises de caracterização, incluindo difração de raios X, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de transmissão, raios X de energia dispersiva e espectroscopia de refletância difusa. A análise de espectroscopia Raman revelou que os materiais obtidos através do tratamento hidrotérmico convencional consistiam em fases separadas de anatase e magnetita. Por outro lado, os materiais sintetizados utilizando o processo de microondas mostraram uma mudança notável na banda Eg (143 cm-1) e na sua meia largura em direção a números de onda mais elevados. Esta mudança é provavelmente devido à introdução de íons Fe na rede do TiO2. Além disso, ambas as rotas convencionais de síntese hidrotérmica e de microondas produziram sistemas TiO2 –Fe3O4 com propriedades superparamagnéticas, conforme demonstrado pelas medições magnéticas do SQUID. A análise TEM revelou que os materiais sintetizados pelo processo de micro-ondas exibiram maior homogeneidade, sem observação de grandes agregados perceptíveis. Finalmente, este trabalho propôs um fotorreator LED conveniente que utilizou efetivamente as propriedades fotooxidativas dos fotocatalisadores TiO2 – Fe3O4 para remover o metronidazol. A combinação de catalisadores fotoativos de TiO2 – Fe3O4 com um reator LED com eficiência energética resultou em uma baixa energia elétrica por pedido (EEO).

Na atual situação global, é extremamente importante cuidar do ambiente natural na busca da neutralidade climática. Este objetivo está no cerne do Pacto Ecológico Europeu1,2, que foi aceite por todos os países da União Europeia. No entanto, também é crucial utilizar habilmente os recursos energéticos disponíveis. Agora, mais do que nunca, o mundo vê que a mudança da nossa estratégia energética alcançará a neutralidade climática e garantirá a paz de espírito nos mercados mundiais de electricidade. Além disso, os investigadores são constantemente desafiados a considerar métodos mais ecológicos para o fabrico dos produtos desejados3. Entre os princípios orientadores da química verde, o desejo de utilizar solventes mais seguros e o design para a eficiência energética são dois princípios-chave relevantes para a ciência dos materiais4.

O dióxido de titânio é um dos materiais em pó mais extensivamente estudados na ciência dos materiais, com quase 200.000 resultados no banco de dados Scopus (data de acesso em 10 de maio de 2023). Sua popularidade pode ser atribuída às suas excelentes propriedades fotocatalíticas, que o tornam adequado para a fotooxidação de poluentes orgânicos. No entanto, o uso de dióxido de titânio no tratamento de águas residuais industriais é limitado devido a certas desvantagens5,6. Uma dessas limitações é a dificuldade em separar o TiO2 da mistura pós-processo. Outra é a alta taxa de recombinação de portadores de carga de elétrons/buracos, o que reduz a eficiência do processo ao longo do tempo . Isto afeta o desempenho geral do processo e requer investimentos significativos na separação da suspensão de TiO2 para recuperar o fotocatalisador para reutilização em processos subsequentes. Uma estratégia possível para enfrentar os desafios dos fotocatalisadores de dióxido de titânio é incorporar um componente que possa melhorar a separação do material após o processo8,9. A magnetita (Fe3O4), que é uma mistura de dois óxidos de ferro, possui propriedades ferromagnéticas devido às contribuições magnéticas desequilibradas dos elétrons FeII e FeIII . A combinação das propriedades de ambos os óxidos permite a produção de fotocatalisadores magnéticos para utilização na fotodegradação de poluentes orgânicos. Por exemplo, Chu et al.11 sintetizaram um sistema núcleo-invólucro TiO2@Fe3O4 estável baseado em carbono, que exibiu capacidades fotocatalíticas aprimoradas. Da mesma forma, Guo et al.12 desenvolveram um material TiO2/Fe3O4/grafeno com atividade aumentada para remoção de azul de metileno. No entanto, selecionar um método de síntese apropriado que preserve tanto a capacidade fotooxidativa quanto as propriedades magnéticas do sistema final continua sendo um grande desafio para os pesquisadores .