FOTOCATÁLISE COM DIÓXIDO DE TITÂNIO

BANCA EXAMINADORA _________________________________________________ Faculdade de Americana - FAM _________________________________________________ Membro: Prof. Faculdade de Americana - FAM _________________________________________________ Membro: Prof. Faculdade de Americana - FAM _________________________________________________ Membro: Prof. Faculdade de Americana - FAM AGRADECIMENTOS -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nada na vida deve ser receado. Tem apenas que ser compreendido. Figura 2 – Reação de catálise heterogênea. Figura 3 – Estrutura das bandas de um semicondutor. Figura 4 – Amostra de dióxido de titânio. Figura 5 –Estruturas cristalinas do TiO2. LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS ºC – Temperatura Celsius C2H4 – Etileno C2H6 - Metano E – Elétron eBC – Elétron/lacuna banda de condução eV – Elétron-volt h+ – Buraco H2 – Hidrogênio BC – Banda de condução BV – Banda de valência HO – Radical hidroxila Nb2O5 – Óxido de Nióbio NO – Óxido de nitrogênio NO2 – Dióxido de nitrogênio pH – Potencial Hidrogeiônico POA – processo oxidativo avançado Pt - Platina RQ – Reação química SnO2 – Óxido de estanho SO2 – Dióxido de enxofre SO3 – Trióxido de enxofre TiO2 – Óxido de titânio UV – Ultravioleta WO3 – Trióxido de Tungstênio ZnO – Óxido de zinco ~ – Aproximadamente % – Por cento m²/g – Metro quadrado por grama SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO.

explica que os efluentes produzidos por indústrias têxteis originam quantidades significativas de água contaminada por corantes e outros produtos químicos e, consequentemente, acabam se transformando em uma fonte poluidora do meio ambiente. Neste contexto, Saggiori (2014, p. revela que o descarte de corantes no meio ambiente, sem que haja qualquer tipo de tratamento, acabam não sendo biodegradados pelas bactérias que se encontram presentes no sistema devido à sua estrutura química complexa. Assim, elas acabam por permanecerem nos ecossistemas por um longo tempo. Silva (2016, p. como o aumento da velocidade de uma foto reação através da ação de um catalisador. Em que o termo tem origem da junção das palavras: fotoquímica + catálise. Neste sentido, Litter et al. afirma que o princípio da fotocatálise é quebrar partículas poluentes ou de sujeiras através da incidência da luz sobre uma superfície catalizadora.

A fotocatálise é uma reação química causada pela absorção de fótons e de luz ultravioleta. Figura 1 – Reação de catálise homogênea Fonte: ColégioWeb (2012) De acordo com Nunes (2018), o catalisador combina com um dos reagentes a fim de formar um intermediário, que, pelo fato de ser instável, combina com o outro reagente para formar o produto. Na reação apresentada na Figura 1, o óxido de enxofre (SO2) e o oxigênio (O2) se combinam para formar o produto trióxido de enxofre (SO3). Esta RQ é um processo moroso. Contudo, na presença do catalisador óxido de nitrogênio (NO2), ela se torna bastante rápida. CATÁLISE HETEROGÊNEA Conforme Nunes (2018), a catálise heterogênea ocorre quando o catalisador se encontra em uma fase diferente dos reagentes.

a fotocatálise se baseia no uso de semicondutores que agem como fotocatalisadores. Eles possuem duas zonas energéticas que são: • Banda de valência (BV): região na qual a energia é mais baixa e os eletros não apresentam uma movimentação livre. • Banda de condução (BC): nesta região os elétrons são capazes de se movimentarem. Saggioro (2014, p. explica que, entre estas duas regiões encontra-se uma zona denominada banda gap, na qual existe uma energia “mínima necessária para promover a excitação de um elétron para que ele salte da camada de valência para a camada de condução”. É utilizado em ligas leves e em pigmentos brancos. O titânio apresenta coloração metálica. É mais forte que o ferro, mas possui 40% mais leveza, por outro lado, é 60% mais pesado que o alumínio, embora seja duas vezes mais forte e resistente.

A Figura 4 apresenta uma amostra de titânio. Figura 4 – Amostra de titânio Fonte: Tabela Periódica Completa (2019) As ligas de titânio com alumínio, molibdênio, manganês, ferro e outros metais como vanádio tem grande aplicação industrial como bijuterias, relógios e bicicletas, dentre outros. Araújo (2017) expõe que, desde este momento, as pesquisas desenvolvidas com o TiO2 têm sido aplicadas em diversas áreas, como por exemplo, a “fotovoltaica, fotocatalítica, fotoeletrocrômica e sensores”. Pena (2015), afirma que este material se encontra presente na natureza como os minerais anatase, rutilo e brookita. Ressalta-se que, devido ao fato de possuir fortes propriedades em atividades catalíticas, seu uso é mais difundido dentre outros semicondutores. A autora explica que os polimorfos anatase e rutilo apresentam uma estrutura tetragonal e o brookita, uma estrutura ortorrômbica, conforme ilustrados na Figura 5.

Figura 5 – Estruturas cristalinas do dióxido de titânio Fonte: Tales (2019) 18 Pena (2015, p. eV para a fase anatase)”. Um dos procedimentos indicados para melhorar este desempenho, de acordo com Valadares (2017, p. é maximizar sua atividade óptica e “deslocar o início da resposta do UV à região do visível”. A autora ressalta que, um dos modos existentes de realizar este processo é a dopagem com outros elementos, capaz de modificar as “propriedades opto-eletrônicas desses nanomateriais”. Convém salientar que dopagem, segundo Pereira (2019, p. Neste sentido, Iwaki (2017, p. explica que o desenvolvimento de distintos revestimentos com nanopartículas fotocatalíticas de TiO2, propiciam a criação de superfícies que possuem tanto um potencial auto-limpante, como propriedades antibacterianas em “resposta à irradiação com luz ultravioleta e à simulação de luz solar”. Deste modo, o tratamento e a purificação da água através da utilização fotocatalítica com TiO2 é um dos procedimentos que mais tem se destacado no mundo científico.

Como mencionado anteriormente, a fotocatálise constitui-se na aceleração de uma foto reação através de um catalisador que é estimulado pela absorção da luz ultravioleta. Neste contexto, Almeida (2015) explica que, no instante em que as nanopartículas de TiO2 são fotoexcitadas, há uma promoção de elétrons da banda de valência (BV) para a banda de condução (BC), que acaba formando uma lacuna positiva na referida BV. o óxido de nióbio (Nb2O5) apresenta propriedades semelhantes ao TiO2, tais como: elevada área superficial específica, baixa toxicidade, valor de band gap e fotoestabilidade. Para o autor, um dos aspectos positivos do Nb2O5 é que ele aparece em grande abundância na crosta da Terra. Segundo Araújo (2017, p. o óxido de tungstênio, de um modo geral, é utilizado associado a outros semicondutores, uma vez que sua banda gap, apresenta um baixo valor com relação aos catalizadores usados normalmente, “induzindo à frequente e rápida recombinação dos elétrons com a lacuna eletrofílica, causando o colapso do par elétron/lacuna”, o que pode ocasionar problemas para a aplicação do trióxido de tungstênio (WO 3) na fotocatálise, já que seu band gap não é suficiente para reduzir o oxigênio molecular.

Para Araújo (2017, p. salienta que o TiO2, por ser um material semicondutor, não transporta eletricidade em seu estado normal. Entretanto, no momento em que é “irradiado com fótons com energia maior ou igual à energia de band-gap, elétrons são excitados e promovidos da banda de valência para a banda de condução, gerando pares elétron/lacuna”. Esses pares de elétron/lacuna podem ser recombinados internamente ou migrar para a superfície do catalisador. Na superfície, uma recombinação externa pode ocorrer ou o par elétron/lacuna pode participar de reações de oxirredução, com absorção de espécies tais como H2O e OH- (CHIAVENATO, 2017, p. Neste cenário, Chiavenato (2017), observa que o uso dos métodos de degradação fotocatalítica com semicondutores é considerado como sendo um processo propício à remoção de poluentes e enfatiza que a fotocatálise com TiO2 vem sendo usada junto à degradação de inúmeras classes de compostos.

ARAÚJO, J. F. Fotocatálise heterogênea de Nb2O5 aplicada ao tratamento do efluente da ETE-UFRN. f. Monografia (Engenharia Química) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017. COLÉGIOWEB. Catálise homogênea e heterogênea. Disponível em: < https://www. colegioweb. com. V. L. Fotocatálise com TiO2 , aplicada ao tratamento de esgoto sanitário secundário. f. Tese (Doutorado em Hidráulica e Saneamento) – Universidade de São Paulo (USP), São Carlos, 2005. SORIA, J. et al. The combination of heterogeneous photocatalysis with chemical and physical operations: a tool for improving the photoprocess performance. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. v. org. br/detalhe_artigo. asp?id=6563>. Acesso em: 7 set. MORAES, L. A fotocatálise heterogênea e sua aplicação ambiental. Química Nova, v.

n. NUNES, M. Catálise homogênea e heterogênea. B. Síntese, caracterização e aplicação sw fotocatalisadores de TiO2 nanoestruturados. f. Dissertação (Mestrado em Ciências dos Materiais) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre, 2011. OLIVEIRA, J. Dopagem eletrônica. Disponível em: < https://www. infoescola. com/quimica/dopagem-eletronica/>. Acesso em: 30 set. RIBEIRO, V. A. S. et al. Síntese de catalisadores de TiO2 dopados com metais para aplicação em tratamento de resíduos. tabelaperiodicacompleta. com/elemento-quimico/titanio/>. em: 6 set. em: < Acesso TALES, C. Las propiedades del dióxido de titanio abren nuevas posibilidades de aplicación. mai/ago. VALADARES, D. S. Estudos de síntese e dopagem de TiO2 nanoparticulado. f.