Síntese e sensibilização de nanopartículas de dióxido de titânio com corantes naturais para exercer atividade fotocatalítica no espectro visível

Abstract

O dióxido de titânio (TiO2) é o semicondutor com ação de fotocatalisador mais utilizado para o processo de fotocatálise heterogênea. Todavia, existe uma limitação da sua aplicação, pois este é ativado apenas sob a radiação ultravioleta. A luz solar possui apenas cerca de 5 % de radiação UV, e ambientes internos com iluminação artificial como as lâmpadas de led, são desprovidos de radiação ultravioleta, afetando o aumento de sua eficiência, e conseqüentes limitações na sua aplicação e comercialização. O presente estudo tem por objetivo obter pós nanoestruturados de TiO2 fotocatalíticos sob luz visível, através de uma rota de síntese viável, com obtenção de fases anatásio e rutilo sem tratamento térmico, e posterior etapa de sensibilização com corantes naturais para absorverem luz visível. O planejamento experimental fatorial 2k foi utilizado para avaliar os fatores interferentes nos processos de síntese e sensibilização. Nanopartículas de TiO2 com alta área superficial foram sintetizadas via precipitação controlada, em seguida foram sensibilizadas por via úmida com curcumina e microalga Chlorella Pyrenoidosa para exerceram atividade fotocatalítica sob a luz visível. Os materiais obtidos foram caracterizados por DRX, DSC/TG, FTIR, BET, DLS, ELS, UV-Vis, FEG-EDS e teste de atividade fotocatalítica. O TiO2 nanoparticulado comercial P25 foi utilizado como fotocatalisador padrão para comparação com as amostras obtidas. A área superficial medida pelo método BET para as amostras sintetizadas foi aproximadamente três a cinco vezes maior quando comparada ao P25. A fotoatividade das amostras sintetizadas e do P25 foram medidas frente à degradação dos corantes azul de metileno e rodamina b, sob radiação UVA. A fotoatividade das amostras após o processo de sensibilização com os corantes naturais foi avaliada frente à degradação do fenol e dos corantes azul de metileno, rodamina b e alaranjado de metila, sob luz visível com lâmpadas de led convencionais. Os resultados dos testes de atividade fotocatalítica comprovam que as amostras sintetizadas possuem eficiência equivalente à amostra comercial e após o processo de sensibilização possuem eficiência superior. A obtenção de nanopartículas via precipitação controlada utilizando-se apenas dois reagentes mostrou ser uma rota altamente viável e promissora, pois dispensa tratamento térmico para cristalização do dióxido de titânio e ainda é capaz de produzir uma mistura de fases ideais para retardar a recombinação do par elétron fotogerado, contribuindo para o aumento da eficiência fotocatalítica. A sensibilização com corantes naturais mostrou ser capaz de produzir nanopartículas fotocatalíticas na luz visível, comprovando ser um método econômico, rápido e sustentável.