Caracterização e aplicação fotocatalítica de compósitos óxidos TiO2/CuO, TiO2/ZnO E TiO2/ZrO2 sintetizados pelos processos Sol-gel e Poliol. - Modesto Junior, Olayr (2018)
O desenvolvimento de materiais cerâmicos é um campo de pesquisa cujos resultados são extremamente promissores para aplicações tecnológicas. Particularmente, no caso dos materiais nanoestruturados baseados no óxido titânio, observa-se grande potencial de aplicação em dispositivos optoeletrônicos, bem como, para processos de fotocatálise, visto que apresenta um bandgap direto de 3,2 eV. Além disso, o aperfeiçoamento das propriedades ópticas, por meio da interação entre óxidos de diferentes bandas eletrônicas, têm sido estudado por muitos autores. Por esta razão, compósitos nanoestruturados formados de dois ou mais óxidos, cujas propriedades são distintas quando isolados, têm sido sintetizados juntos e caracterizados a fim de avaliar possíveis interações sinérgicas. Neste trabalho, foram preparados e caracterizados os compósitos TiO2/CuO, TiO2/ZnO e TiO2/ZrO2. As sínteses foram realizadas pelo método Sol-gel original e pelo método Poliol modificado, e ambos os processos se mostraram propícios para a obtenção de nanocompósitos e óxidos nanoparticulados. O método Poliol produziu compósitos formados de partículas micrométricas de dióxido de titânio revestidas do segundo óxido, enquanto o processo Sol-gel resultou em material constituído de agregados de nanocristais com alta mesoporosidade. Por meio da difração de raios X dos pós tratados gradualmente até 1000 °C observou-se que a formação e cristalização dos óxidos ocorrem em temperatura mais alta quando o material é resultante do processo Sol-gel. Com a observação das fases desejadas no tratamento a 500 °C selecionou-se os materiais assim tratados para serem avaliados quanto a sua funcionalidade, especialmente na fotocatálise. Quanto ao material contendo zirconio obtido por Sol-gel, destacou-se a estabilidade da fase anatase do TiO2 até 700 °C, cerca de 200 °C acima do observado para este óxido preparado individualmente pelo mesmo processo. Em ambos os processos de síntese notou-se que a adição do segundo óxido reduz a taxa de cristalização dos óxidos comparativamente ao processo de obtenção de cada um deles isoladamente. Os bandgaps dos compósitos desviaram levemente daquele obtido para o dióxido de titânio, com exceção dos materiais contendo óxido de cobre nos quais a extrapolação de Kubelka-Munk levou a bandgaps próximos dos valores conhecidos para este óxido. Em ensaios de descoloração da solução de azul de metileno as atividades fotocatalíticas dos compósitos preparados pelo processo Sol-gel STi500, STiZn500 e STiZr500 se mostraram comparáveis, com cerca de 99% de descoloração após 120 min de exposição. Porém, a maior taxa foi encontrada para este último compósito, cuja descoloração alcançou cerca de 71 % em 30 min de exposição sob lâmpada UVC - 254nm (9W). Os compósitos sintetizados pelo método Poliol apresentaram menor atividade fotocatalítica comparativamente àqueles sintetizados pelo método Sol-gel com menor teor do segundo óxido. Dentre estes o compósito PTiZr500 foi o que apresentou maior eficiência fotocatalítica alcançando cerca de 41 % de descoloração após 120 min sob a mesma exposição.