Fotodegradação de efluentes utilizando nanopartículas compósitas de ferrite de zinco ou zinco-cálcio e prata com coberturas de surfactante

Abstract

A água é indispensável a todos os seres vivos. É um recurso não renovável, sendo necessária uma utilização cuidadosa. Com o crescimento populacional e o consequente aumento da industrialização, os níveis de poluição nos recursos hídricos aumentaram drasticamente. O setor têxtil aparece como um dos mais poluentes em Portugal. Neste projeto foram desenvolvidos novos fotocatalisadores à base de nanopartículas compósitas de ferrite de zinco (ZnFe2O4) e de ferrite de zinco/cálcio (Zn0.5Ca0.5Fe2O4) e prata (Ag). No final, as nanopartículas foram cobertas com um surfactante à superfície. As partículas foram preparadas pelo método de coprecipitação em refluxo e caracterizadas por difração de raios-X (XRD). As nanopartículas apresentam propriedades magnéticas, o que é importante para a sua aplicação. A atividade fotocatalítica das nanopartículas compósitas preparadas foi avaliada através de testes de irradiação numa montagem home-made. As soluções foram irradiadas com uma lâmpada de arco de Xénon, na região de luz visível. Utilizaram-se soluções de um poluente modelo (corante Rodamina B), de corantes industriais fornecidos por uma empresa de tinturaria têxtil (“RED”, “YELLOW” e “BLUE”) e de um pesticida modelo (ácido 2,4-diclorofenoxiacético). A atividade fotocatalítica observada é muito elevada, degradando a rodamina B e os corantes industriais rapidamente. Porém, os primeiros resultados obtidos para degradação do pesticida modelo ácido 2,4-diclorofenoxiacético não são muito promissores, não se tendo conseguido uma grande percentagem de degradação do poluente. Foi possível a funcionalização das nanopartículas com uma camada de surfactante à superfície. A atividade fotocatalítica das nanopartículas cobertas é muito promissora, aumentando a percentagem de degradação em relação às anteriores. Em resumo, foi atingido o objetivo de desenvolver nanopartículas que aliem as propriedades magnéticas (para sua remoção dos efluentes tratados e posterior reutilização) a uma atividade fotocatalítica elevada na presença de luz visível.

Water is essential for all living beings. It is a non-renewable resource, so we need to use it carefully. With the population growth and the consequent increase in industrialization, pollution levels in water resources have grown drastically. The textile sector appears as one of the most polluting in Portugal. In this project, new photocatalysts based on composite nanoparticles of zinc ferrite (ZnFe2O4) and of zinc/calcium ferrite (Zn0.5Ca0.5Fe2O4) and silver (Ag) were developed. At the end, the nanoparticles were covered with a surfactant on the surface. The particles were prepared by the coprecipitation method in reflux and characterized by X-ray diffraction (XRD). The nanoparticles have magnetic properties, which is vital for their application. The photocatalytic activity of the prepared composite nanoparticles was assessed through irradiation tests in a home-made montage. The solutions were irradiated by a Xenon arc lamp, in visible spectre. Solutions of a model pollutant (Rhodamine B), industrial dyes supplied by a textile dye company ("RED", "YELLOW" and "BLUE") and a model pesticide (2,4-dichlorophenoxyacetic acid) were used. The observed photocatalytic activity is very good, degrading rhodamine B and industrial dyes rapidly. However, the first results obtained of the pesticide model 2,4-dichlorophenoxyacetic acid degradation, are not very promising, given we did not obtain a large percentage of pollutant degradation. The functionalization of nanoparticles with a layer of surfactant was successful, With a great photocatalytic activity, increasing the percentage of degradation comparatively with other systems. In summary, the objective was to ally the optimized magnetic properties (in order to remove the nanosystems of the treated efluents and subsequent reuse of the synthesized nanoparticles to a high photocatalytic activity in the presence of visible light.