Desenvolvimento de filmes compósitos biodegradáveis de polihidroxibutirato com atividade fotocatalítica

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Capello, Lucas
• Orientador(a): Lansarin, Marla Azario
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Polihidroxibutirato; Polímeros biodegradáveis; Fotocatálise
• Palavras-chave em Inglês: TiO2; BiOI; Heterojunction; Solar simulation; Visible light
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/277068

O estudo teve como objetivo desenvolver filmes compósitos biodegradáveis de polihidroxibutirato (PHB) auto-limpantes e com propriedade fotocatalítica para uso como revestimentos a fim de prevenir sujidades e microorganismos. A solubilização tradicional do PHB, em clorofórmio, tem potenciais efeitos toxicológicos, levando à investigação de solventes alternativos como acetona, acetato de etila e anilina. Enquanto o acetato de etila não permitiu a completa solubilização dos grânulos de PHB, acetona e anilina o fizeram, porém não produziram filmes homogêneos e viáveis. Portanto, apesar de suas desvantagens, o clorofórmio teve que ser utilizado. A incorporação de Dióxido de Titânio (TiO2), o fotocatalisador mais comumente utilizado, foi então avaliada. O método tradicional de Casting em placas de Petri resultou em materiais insatisfatórios para a aplicação pretendida, levando ao uso do método de espalhamento com espessura controlada por extensor em placas de vidro, seguido por Separação de Fase Induzida por Evaporação (EIPS) ou Separação de Fase Induzida por Não solvente (NIPS). Apesar da diferença morfológica confirmada entre os filmes NIPS, em etanol, e EIPS, ambos exibiram a mesma constante cinética observada (kobs), de (3,7 ± 0,1).10-3min-1 sob simulação solar (faixa UV-Vis) para o filme de 100 µm com uma proporção de 9% mPHB/mCHCl3 e 12% mTiO2/mPHB. Este resultado indica que a irradiação não alcança os poros internos, e somente o catalisador presente na superfície do material está disponível para a fotocatálise. Isso foi confirmado durante o estudo do impacto da concentração do catalisador, pois o aumento da massa de TiO2 (de 3 a 20% mTiO2/mPHB) não aumentou o valor de kobs. Além disso, micrografias de MEV mostraram que a distribuição superficial do titânio era a mesma para materiais com 7% e 20% mTiO2/mPHB. Portanto, o método EIPS foi escolhido assim como a menor concentração de TiO2 analisada. O impacto da concentração do polímero também foi avaliado, e entre a faixa viável para a formação do material (5 a 11% mPHB/mCHCl3 com espessura de 100 µm), o melhor resultado foi alcançado com o limite inferior, 5%. Assim, o melhor resultado possível foi obtido com a menor concentração de PHB e TiO2 estudada, 5% mPHB/mCHCl3 e 3% mTiO2/mPHB, com um kobs/mTiO2 de 0,1468 ± 0,0015 min-1g -1. Para permitir uma maior concentração de catalisador na superfície e assim aumentar o valor de kobs, foi criado um filme de dupla camada (bicamada), com a base sem catalisador, para suporte, e uma camada superior com a mesma massa de TiO2 que o monocamada, que mostrou um valor de kobs/mTiO2 70% maior que o monocamada nas mesmas condições (0,2506 ± 0,0019 min-1g -1). Sabe-se que o TiO2 não exibe fotoatividade na faixa do visível, limitando seu uso em ambientes internos. Para superar esse problema, os fotocatalisadores Iodeto de Bismuto (BiOI) e sua heterojunção com alfa-hematita (BiOI/α-Fe2O3) foram sintetizados. Consequentemente, foram desenvolvidos filmes compósitos bicamada com esses catalisadores, mostrando resultados próximos ao TiO2 sob simulação solar, com kobs/mBiOI de 0,2045 ± 0,0102 min-1g -1e kobs/mBiOI/α Fe2O3 de 0,2699 ± 0,0130 min-1g -1. Sob irradiação visível, sem UV, os valores obtidos foram de 0,0837 ± 0,060 min-1g -1para o BiOI e 0,1038 ± 0,065 min-1g -1para a heterojunção com α-Fe2O3. Isso confirma a atividade fotocatalítica desses catalisadores sob luz visível, contrastando com o resultado negligenciável do TiO2 na ausência de UV, marcando um avanço significativo na fotocatálise heterogênea. Vale ressaltar que não foram encontrados estudos sobre a incorporação de BiOI e BiOI/α-Fe2O3 em PHB, bem como a investigação da atividade fotocatalítica de filmes auto-limpantes apenas no espectro visível.