Tratamento de efluentes industriais através de processos fotocatalíticos com dióxido de titânio

Abstract

Corantes utilizados por diferentes segmentos industriais são substâncias potencialmente perigosas para os organismos que necessitam de água para a sua sobrevivência, já que os rios são os principais destinos dos efluentes industriais. Importa referir que os processos convencionais utilizados no âmbito do tratamento de águas são ineficientes para a destruição deste tipo de substância. Por outro lado, devido à possibilidade de utilização da energia solar como fonte de ativacção, a fotocatálise baseada em materiais semicondutores tem mostrado ser bastante eficaz na degradação de uma variedade de substâncias orgânicas, incluindo os corantes. No âmbito do desenvolvimento desta tese, utilizou-se o dióxido de titânio (TiO2) como material semicondutor associado ao óxido de grafeno reduzido ou então com a sílica e o zeólito HY. A combinação destes materiais, visou obter uma melhor eficiência fotocatalítica do TiO2 alcançada por diferentes mecanismos. Os fotocatalisadores foram investigados por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios-X, microscopia eletrónica de varrimento, dentre outras técnicas, e posteriormente imobilizados em substratos têxteis de algodão. Importa realçar que a funcionalização de materiais flexíveis como por exemplo os têxteis, tem por objectivo a obtenção de superfícies autolimpantes de elevada adaptabilidade geométrica, pelo que apresentam um enorme potencial no âmbito da remediação ambiental e por isso, constituiu-se como a estratégia adoptada neste trabalho. A atividade fotocatalítica dos têxteis funcionalizados foi avaliada através da degradação de uma solução aquosa do corante Rodamina B sujeita à acção de luz artificial que simula o espectro solar. Em seguida, as soluções dos corantes tratadas foram analisadas por diferentes técnicas, de modo a (i) observar a diminuição ao longo do tempo da concentração da solução aquosa do corante, (ii) obter o teor de carbono orgânico remanescente, (iii) identificar os produtos resultantes das reações de fotodegradação e (iv) aferir a citotoxicidade das soluções aquosas dos corantes antes e após o tratamento fotocatalítico em células do tecido epitelial humano.

Dyes used by different industrial segments are potentially hazardous substances to the organisms that need water in order to survive, since rivers are the main destinations of industrial effluents. It should be noted that usual means utilized in the water treatment sphere are ineffectual for the destruction of this type of chemical substance. Secondly, due to the possibility of solar energy usage as an activation source, the photocatalysis based on semiconductor material has proven to be quite effective on the degradation of an organic substances’ variety, including colorants. On this thesis’ development scope, titanium dioxide (TiO2) was used either as a semiconductor material related to the reduced graphene oxide or along with silica and HY zeolite. These materials combination aimed to obtain a better TiO2 photocatalytic efficiency achieved through different mechanisms. Photocatalysts were looked over via Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy, among other techniques, and held immobile onto textile cotton substrates afterwards. It is worth noting that the functionality of flexible materials such as the textile envisages the acquisition of self-cleaning surfaces containing high geometrical adjustability by which exhibit an enormous capacity when it comes to environmental remediation and as a result, established itself as a strategy fostered in this scholarly work. The photocatalytic activity of functionalized textiles was assessed through an aqueous solution deterioration of Rhodamine B dye subject to the action of artificial light which simulates the solar spectrum. Subsequently, the treated solutions of the colorants were analysed by making use of different techniques, in such way as to (i) observe the gradual decrease of the aqueous solution’s concentration in the dye, (ii) obtain the residual organic carbon’s level, (iii) detect the products resulting from photodegradation reactions and (iv) gauge the cytotoxicity pertaining to the dye’s aqueous solutions before and after the photocatalytic treatment on human epithelial tissue’s cells.