Desenvolvimento e optimização de nanopartículas fotocatalíticas

Abstract

A escassez de água e a sua poluição são atualmente um dos principais problemas ambientais à escala global. O controlo da sua qualidade tem se tornado cada vez mais necessário, dada a contaminação crescente deste recurso essencial. Entre os poluentes, fármacos e outros chamados emergentes tendem a destacar-se devido ao seu uso frequente e toxidade acentuada. A preferência por tecnologias alternativas de remediação ambiental, tais como a fotocatálise, tem chamado bastante atenção nesses últimos anos, uma vez que as técnicas convencionais de tratamento de água são pouco eficazes na remoção de poluentes mais resilientes, denominados micropoluentes. Neste trabalho foi estudado um método de funcionalização de nanopartículas (NP) de dióxido de titânio (TiO2) com prata, promovendo a formação de um nanocompósito (Ag/TiO2). Foi estudada a influência que os diversos parâmetros de síntese têm na degradação de um poluente emergente, a carbamazepina. Foi também avaliada a eficiência de degradação deste composto através da exposição a luz ultravioleta e visível, sob ação de TiO2 e Ag/TiO2. Os nanocompósitos produzidos foram caracterizados por microscopia de transmissão que mostraram as áreas superficiais das NP de Ag dispersas de forma homogénia e tinham tamanhos entre 5 a 50 nm. A difração de raios-X permitiu comprovar os reflexos típicos das diferentes fases cristalinas de anatase e rutilo do TiO2 presentes nas amostras. Os estudos de espectrofotometria de UV-vis comprovaram a alta refletância do TiO2 na zona do visível e como este material absorve de forma eficiente na zona da irradiação UV; ao contrário das NP de Ag/TiO2. Ensaios de degradação da carbamazepina (CBZ) por ação fotocatalítica de NP de TiO2 comercial sob irradiação UV apresentou uma maior eficiência, cerca de 98 % relativamente a um ensaio análogo utilizando NP de Ag/TiO2 (58 %), para um mesmo período de 40 minutos. Ao iluminar-se com radiação visível as NP de Ag/TiO2 apresentaram uma maior cinética de degradação do CBZ, cerca de 80 %, quando comparado com 35 % de NP de TiO2, ao fim de 180 minutos. Estes resultados demonstram que os nanocompósitos de Ag/TiO2 são indicados para serem utilizados no tratamento de água, para degradação de carbamazepina.

Water scarcity and pollution are currently one of the main environmental problems on a global scale. The control of water quality has become increasingly needed, given the increasing contamination of this essential resource. Among pollutants, drugs and other so-called emerging pollutants, stand out due to their widespread use and marked toxicity. The preference for alternative technologies for environmental remediation, such as photocatalysis, has attracted large attention in recent years, since conventional water treatment techniques are not effective in removing more resilient pollutants, and micropollutants. In this work, a method for the functionalization of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles (NP) with silver was studied, promoting the formation of a nanocomposite (Ag/TiO2). The influence of the various synthesis parameters on the degradation of an emerging pollutant, carbamazepine, was also studied. The degradation efficiency of this compound was evaluated through exposure to ultraviolet and visible light, under the action of TiO2 and Ag/TiO2. The produced nanocomposites were characterized by Transmission Electron Microscopy, showing that the Ag NP are dispersed homogeneously and show sizes between 5 to 50 nm. X-ray diffraction allowed to verify the typical reflections of the different crystalline phases of anatase and rutile of TiO2 present in the samples. The UV-vis spectroscopy studies proved the high reflectance of TiO2 in the visible zone as well as the efficiency of this material in the absortion in the UV irradiation zone; unlike the Ag/TiO2 composite NP. Carbamazepine (CBZ) degradation tests by photocatalytic action of commercial TiO2 NP under UV irradiation showed a higher efficiency, about 98 % compared to an analogous test using Ag/TiO2 NP (58 %), for the same period of 40 minutes. When illuminated with visible radiation, the NP of Ag /TiO2 showed a larger degradation kinetics of CBZ, about 80 %, when compared with 35 % for TiO2 NP after 180 minutes. These results demonstrate that the Ag/TiO2 nanocomposites are suitable for being used in water treatment, for degradation of carbamazepine.