Síntese hidrotérmica alcalina de materiais de Ti aplicados na remoção de poluentes orgânicos

Abstract

O lançamento de poluentes orgânicos tóxicos nos efluentes, como alguns corantes têxteis e fármacos, é um dos problemas ambientais da atualidade que pode ser amenizado com a fotocatálise heterogênea com semicondutores. Estudos na área de química de materiais buscam entender melhor a relação entre método de síntese, estrutura, superfície dos materiais e propriedades fotocatalíticas. Nessa área, as diferentes fases de óxidos titânio (Ti) já foram bastante estudadas, no entanto, os titanatos de potássio lamelares obtidos por síntese hidrotérmica alcalina ainda merecem investigação tendo em vista principalmente a sua elevada área superficial que implica em uma maior probabilidade de sítios ativos por m2. Nesse sentido, este trabalho apresenta a síntese de materiais de Ti pelo método hidrotérmico sob diferentes concentrações de KOH (10-5, 10-2, 1 e 5 mol/L). Foram testadas estas concentrações visando a obtenção de materiais com diferentes características estruturais e superficiais. As amostras receberam o nome levando-se em consideração as concentrações de KOH, sendo elas: Ti1 (obtida com o precursor de Ti em KOH 10-5 mol/L), Ti2 (10-2 mol/L), Ti3 (1 mol/L), Ti4 (5 mol/L). Com a finalidade de investigar as propriedades estruturais, morfológicas e eletrônicas dos materiais sintetizados, foram empregadas diferentes técnicas de caracterização, incluindo difração de raios X (DRX), área superficial específica (BET), Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), potencial Zeta, entre outras. De acordo com as análises de difração de raios X (DRX), as amostras sintetizadas nas concentrações 10-5 e 10-2 mol/L de KOH resultaram na formação da fase cristalina TiO2 anatase e nas concentrações 1 e 5 mol/L, titanatos de potássio (K2Ti8O17 e K3Ti8O17), provavelmente de estrutura lamelar. A análise superficial indicou a formação de materiais mesoporosos e de titanatos de elevadas áreas superficiais, em destaque a amostra Ti4 (2796 m2g-1). A atividade fotocatalítica desses materiais foi avaliada pela fotodegradação dos corantes azul de metileno (MB) e índigo de carmim (IC), assim como do fármaco amilorida (AML). Os melhores desempenhos fotocatalíticos foram observados para os titanatos de potássio (Ti3 e Ti4) removendo aproximadamente 100% de absorbância de todas as moléculas testadas (MB, IC, AML). As diferentes afinidades relacionadas a carga e característica da molécula alvo proporcionaram aos fotocatalisadores melhor relação sinérgica entre o efeito da adsorção e da fotogeração de cargas sob irradiação UV. Em geral, o aumento da concentração de KOH na síntese hidrotérmica alcalina promoveu mudanças estruturais, morfológicas e texturais conferindo propriedades melhoradas em relação aos materiais obtidos nas concentrações menores (Ti1 e Ti2).