Fotocatalisadores de Nb-TiO2 obtidos por meio de síntese assistida por radiação micro-ondas: caracterização e avaliação do potencial fotocatalítico - Rocha, Douglas Negri (2019)
Neste trabalho, investigamos um processo de síntese sol-gel assistido por radiação micro-ondas para obter fotocatalisadores de TiO2 com variável concentração de nióbio (15, 30, 45 e 70% mol Nb) e/ou concentrações fixas de nitrogênio ou enxofre (5% mol em relação à soma Ti+Nb). As técnicas de caracterização (difração de raios-X, DRX; microscopia eletrônica de varredura, MEV; espectroscopia de energia dispersiva, EDS; termogravimetria diferencial, DTG; calorimetria exploratória diferencial, DSC; espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier, FT-IR, e reflectância difusa) sugerem a inclusão do Nb na estrutura cristalina do TiO2. Todavia, evidências da dopagem efetiva do TiO2 com N ou S permanecem não esclarecidas. Os valores de Egap dos fotocatalisadores preparados nesta Dissertação variaram entre 3,09 e 3,23 eV, próximos do valor do TiO2 da literatura (Egap = 3,2 eV). Conduzimos experimentos utilizando a oxidação fotocatalítica do metanol como reação modelo e a fotodegradação do corante C.I. Reactive Orange 107 (RO107) como medida da eficiência fotocatalítica. As amostras de TiO2 contendo 15 ou 30% mol de Nb apresentaram melhores taxas de foto-oxidação do metanol (2,86 e 2,10 x 10-6 mol L-1 min-1) em relação ao TiO2 puro (1,65 x 10-6 mol L-1 min-1). Fotocatalisadores com maiores concentrações de Nb (45 e 70% mol Nb) apresentaram baixa atividade fotocatalítica porque o precursor de nióbio (complexo oxalato de amônio e nióbio) se degradou parcialmente. Isto levou à formação de material amorfo e o Nb não foi completamente incluso na rede cristalina do TiO2. Os fotocatalisadores TiO2 codopados com 5% mol S ou N e 15 ou 30% mol de nióbio (Nb15-TiO2, S,Nb15-TiO2, N,Nb30-TiO2 e S,Nb30-TiO2) apresentaram maior cristalinidade, menores agregados de partículas, e as maiores taxas de oxidação fotocatalítica do metanol (desde 2,58 até 2,91 x 10-6 mol L-1 min-1). A degradação fotocatalítica do RO107 na presença dos fotocatalisadores Nb15-TiO2, S,Nb15-TiO2, N,Nb30-TiO2 e S,Nb30-TiO2 após 6 h de exposição sob luz UV-Visível promoveu a remoção de 87 a 99% do corante. Os óxidos Nb15-TiO2, S,Nb15-TiO2 e S,Nb30-TiO2 foram submetidos a fotodegradações sucessivas do corante RO107 em experimentos de reciclagem. Após cinco ciclos de degradação, estas amostras mantiveram suas atividades fotocatalíticas sob radiação UV-Vis. O S,Nb15-TiO2 apresentou a maior constante de degradação aparente média ao longo dos cinco ciclos (10,3 ± 1,2 x 10-3 min-1). Isto ilustra o potencial de aplicação deste fotocatalisador na fotodegradação de compostos orgânicos. A codopagem com Nb e S melhorou as propriedades do TiO2. Novas investigações são necessárias para detalhar melhor o efeito destes dois elementos na atividade fotocatalítica do TiO2.