Hematitas nanoparticuladas como fotocatalisadores potenciais para degradação química de contaminantes orgânicos em meio aquoso e a produção de hidrogênio por fragmentação molecular da água e da amônia

Abstract

O desenvolvimento de novos semicondutores fotocatalisadores, em particular os ativos na produção de hidrogênio por fragmentação molecular da água e da amônia (presente no lixiviado de biodigestores ou de aterros sanitários e em efluentes industriais), tem dominado a ordem prioritária de interesse nas tecnologias avançadas para a geração de energia limpa. Este trabalho teve como objetivo principal avaliar a produção fotocatalisada de hidrogênio gasoso, a partir da fragmentação molecular da água ou da amônia, por uso da hematita pura ou da hematita dopada com os cátions metálicos cobalto, níquel, cobre e zinco como materiais semicondutores. Os materiais preparados por coprecipitação foram caracterizados pelas técnicas de EDX, MEV, DRX, espectroscopia Mössbauer, FTIR, BET e XPS. A taxa da produção de hidrogênio foi avaliada por medidas de densidade da corrente gerada pelo H2(g) evoluído da fragmentação molecular da água ou da amônia, em célula fotoeletroquímica (PEC). Foram também realizados testes fotocatalíticos, sob luz visível, com as hematitas, pura e com dopantes, como fotocatalisadores para degradação do corante índigo de carmim, utilizado como molécula modelo, simulando a decomposição de substrato orgânico poluente em água presente em efluentes industriais. Os resultados dos testes de degradação do corante mostraram que as hematitas dopadas com cobre e zinco tiveram relativamente alta atividade na degradação do corante; os melhores resultados foram obtidos com a hematita com zinco. Na evolução do hidrogênio da fotocatálise da água, a dopagem com cátions metálicos não alterou significativamente a atividade fotoeletroquímica da hematita. Ainda assim, a amostra de hematita dopada com níquel foi a que apresentou um discreto aumento da densidade de corrente, maior proporção de hidrogênio gasoso produzido, sob radiação com comprimento de onda maior do que 450 nm. A densidade de corrente gerada da degradação da amônia foi maior, se comparada à fragmentação da água. No entanto, a dopagem também não alterou de forma significativa a atividade PEC dos materiais. Das amostras de hematitas dopadas, a com cobre foi a que apresentou os melhores resultados fotoeletroquímicos, ainda que abaixo da eficiência fotoeletroquímica da hematita pura.