Materiais multifuncionais à base de carbono para remediação ambiental - Portela, Carolina Inácio [UNIFESP] (2025)
Atualmente a preocupação com o aproveitamento de resíduos carbonáceos é uma realidade mundial devido ao aumento dos impactos negativos causados pelo elevado volume gerado. Neste sentido, o desenvolvimento de tecnologias para aproveitamento de resíduos é necessário para que a qualidade ambiental seja restabelecida de forma difundida na sociedade. Uma das alternativas para aproveitamento de resíduos carbonáceos é a preparação de carvão ativado (CA), o qual possui inúmeras aplicações, como em processos de adsorção de contaminantes, e como suporte, formando um material compósito com semicondutores para aplicação em diversos processos como a fotocatálise. Outra possibilidade de utilização de resíduos carbonáceos é na preparação de pontos de carbono (PCs), que são nanomateriais carbônicos que apresentam características elétricas e ópticas singulares, como fotoluminescência ajustável, e absorção de radiação em uma ampla faixa do espectro eletromagnético. Além disso, sua baixa toxicidade torna os PCs interessantes para aplicações na área ambiental, como na remediação de águas residuais, atuando como sensor de íons, e na fotodegradação de contaminantes orgânicos. O presente estudo teve como foco o aproveitamento de diferentes resíduos carbonáceos na preparação de dois distintos materiais, CA e PCs. Os resíduos de casca de café, bagaço de cana de açúcar, e glicerina bruta foram utilizados como material precursor na preparação de CA, para o qual os materiais foram pirolisados e ativados com CaCl2, visando o posterior uso como suporte para o TiO2 (CA/TiO2). Para avaliação da eficiência fotocatalítica foi realizado um teste de adsorção/degradação do corante azul vitória B (AVB). Além disso, o resíduo de glicerina bruta foi utilizado na preparação de PCs via síntese em micro-ondas. A aplicação do PCs foi estudada em fotocatálise e no sensoriamento de íons. Os resultados mostraram que dentre os CAs preparados aquele obtido de casca de café ativado em 1 h (CACC_1) apresentou maior área superficial (ABET). Os CAs com ativação em 1 h foram selecionados para dispersão de TiO2 pelo método sol-gel. A ABET não diminuiu após a dispersão de TiO2 e calcinação em nenhum dos compósitos, o CACC_1/TiO2, compósito preparado com CACC_1, apresentou 705 m2 g-1, indicando uma distribuição uniforme do TiO2, conforme confirmado pelas análises de microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia por energia dispersiva de raios X (MEV-EDS). Além disso, a difração de raios X (DRX) mostrou a presença da fase anatase do TiO2 em todos os compósitos. A atividade fotocatalítica foi de 96%, 98%, e 77% em 180 min, para o CACC_1/TiO2, CABC_1/TiO2, e CAGB_1/TiO2 respectivamente. O CACC_1/TiO2 foi considerado o melhor compósito por apresentar maior ABET e volume total de poros, além de apresentar uma ótima eficiência fotocatalítica. O reuso do CACC_1/TiO2 foi avaliado em quatro reações consecutivas, mostrando capacidade de ser utilizado para múltiplos ciclos de degradação. Análises complementares do CACC_1/TiO2 revelaram que a combinação de nanopartículas de TiO2 com CA contribuiu para diminuição do band gap. Os resultados relacionados aos PCs, mostraram que a intensidade de absorção UV-visível é maior para o PCs preparado com maior tempo no micro-ondas. O material PCs preparado com 30 min (PCs_30) apresentou emissão de fluorescência em diferentes comprimentos de onda de excitação (240 – 400 nm). A microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (MET-AR) mostrou nanopartículas de 2,6 ± 0,3 nm. O rendimento quântico foi de 1,3%. Um compósito PCs/TiO2 foi preparado com o PCs_30, e testado na fotocatálise de AVB, exibindo uma maior capacidade de remoção nos primeiros 30 min de reação com fotocatálise em comparação ao TiO2 puro. Além disso, foi testada a sensibilidade dos PCs a diferentes íons metálicos. O PCs_30 apresentou extinção de fluorescência em contato com os íons de Fe3+, Cu2+ e Zn2+. O limite de detecção calculado para o Fe3+ e Cu2+ foi de 1,8 e 4,0 mg L-1 respectivamente. Sendo assim, os materiais preparados via aproveitamento de resíduos mostraram-se promissores para aplicação em remediação ambiental.