Fotodegradação de corante orgânico em meio aquoso por fotocatálise plasmônica com uso de nanopartículas de Ag e TiO2 - Helene, Gustavo [UNIFESP] (2022)
Os processos industriais levam a uma grande contaminação de água para reuso e descarte. Os atuais tratamentos fotocatalíticos normalmente baseados em óxidos metálicos como o dióxido de titânio - TiO2 são pouco eficientes, além de absorverem luz apenas na região UV do espectro eletromagnético, o que torna o processo economicamente ineficiente. A fim de melhorar suas propriedades eletrônicas, propomos aqui funcionalizar o TiO2 com nanopartículas de prata (AgNP). A AgNP apresenta forte absorção de luz na faixa do visível, a qual depende de seu tamanho e morfologia, e sua superfície favorece processos foto/eletroquímicos na superfície do TiO2. Assim, AgNPs de diferentes tamanhos e formas (esferas, prismas e bastonetes) foram sintetizadas em água e então depositadas na superfície do TiO2 usando 3-MPA como agente de ligação. Os nanohíbridos TiO2/AgNP possuem a vantagem de apresentar elevada absorção de luz nas regiões UV e visível do espectro, serem pouco solúveis em água (catálise heterogênea) e apresentam uma lenta recombinação elétron/lacunas, aumentando a eficácia fotocatalítica. Estes foram caracterizados através de espectrofotometria UV-Vis, Difração de Raio X (DRX), Microscopia eletrônica de transmissão (MET), Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Reflectância Difusa e Fotoluminescência (FL). A relação entre otimização estrutural do nanohíbrido TiO2/AgNP e seu poder fotocatalítico foi uma questão norteadora deste trabalho. A fotocatálise foi realizada com uma lâmpada policromática de Hg (emissão UV-Vis) para a degradação do corante alaranjado de metila (MO) como modelo de poluentes orgânicos persistente em água. A descrição da cinética da fotodegradação pelo mecanismo cinético de pseudo-primeira ordem Langmuir-Hinshelwood mostrou que nanohíbridos TiO2/AgNP são significativamente mais eficientes que o TiO2 puro e que tanto tamanho quanto morfologia da AgNP são importantes na degradação do corante em água. Para TiO2/AgNP esféricas, quanto menor a AgNP, maior a eficiência fotocatalítica. Já as amostras TiO2/AgNP prisma e bastonetes se mostraram ainda mais eficientes que as esferas, por conta de um mecanismo de geração de elétrons quentes nas suas estruturas. Desta forma, demonstra-se que a adsorção de AgNPs anisotrópicas é uma forma eficiente de melhorar as propriedades fotocatalíticas do TiO2 e que o design racional e controle sobre a morfologia das AgNP é um caminho para a melhor otimização do processo.