Semicondutores de Nb2O5 e BiVO4 aplicados na fotodegradação de moléculas orgânicas e na redução da acidez do óleo residual de fritura

Abstract

A fotocatálise heterogênea com semicondutores tem sido cada vez mais explorada para aplicações na área de energia renovável e descontaminação ambiental, devido a possibilidade de reutilização dos semicondutores, utilização de materiais de baixo custo, uso da radiação solar, entre outros. Embora existam vários estudos sobre processos de descontaminação de águas utilizando-se semicondutores, poucos trabalhos são encontrados com o uso destes materiais na produção de biodiesel, especificamente relacionados à redução de ácidos graxos livres de óleos residuais antes do processo de transesterificação. Neste sentido, o presente estudo teve como objetivo sintetizar fotocatalisadores (Nb2O5 e BiVO4), com o intuito de avaliar o potencial fotocatalítico destes materiais nas reações de fotodegradação dos corantes azul de metileno e índigo de carmim e na esterificação de ácidos graxos livres (AGL). Ambos os materiais foram sintetizados pelo método hidrotérmico, nas temperaturas de 120°C e 150°C, por 5h e caracterizados pelas técnicas de difração de raios-X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de reflectância difusa (DRS), microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foi obtido uma mistura de fases (Scheelite tetragonal e monoclínica) para o BiVO4 e uma estrutura de baixa cristalinidade para o Nb2O5. Os catalisadores BiVO4 não apresentaram fotoatividade significativa para decomposição dos poluentes modelos, os corantes, azul de metileno (MB) e índigo de carmim (IC) nas duas radiações (~10 a 20%), ultravioleta C (UVC) e visível. Já o Nb 2O5 demonstrou uma alta atividade fotocatalítica para estes poluentes principalmente na radiação ultravioleta C (UVC) (~35 a 100%). Foi realizada também a análise estatística ANOVA para verificar se as proximidades entre os valores da diminuição das concentrações dos corantes eram semelhantes ou diferentes. Com a finalidade de investigar melhor o processo de fotodegradação foi feito um estudo com o modelo cinético utilizando-se leis de velocidades integradas e tratamento estatístico chi-square. Com relação aos testes de redução de acidez de óleos residuais, na reação de esterificação não catalítica foi observado que o excesso de álcool utilizado (A/O = 20:1) fez com que a reação ocorresse, deslocando o equilíbrio da reação no sentido de formação dos produtos. Ao reduzir a quantidade de álcool (A/O = 5:1), a conversão de AGL foi diminuída. Na reação com o Nb2O5 a 120 e a 150°C, foi observado um aumento na redução de ácidos graxos livres, em relação à reação não catalítica, principalmente sob irradiação. Aumentos maiores foram observados com o uso do BiVO4 a 120 e a 150°C na radiação visível, cerca de 8,9 vezes, em comparação à reação não catalítica (sem radiação). Contudo, neste trabalho foi possível realizar a síntese e caracterização dos materiais semicondutores Nb2O5 e BiVO4 e aplicá-los na fotodegradação de moléculas orgânicas e na reação de esterificação para diminuir a acidez do óleo residual de fritura.