Síntese e caracterização de ferritas associadas a heteroestruturas de BiVO4 E ZnO para degradação de poluentes via fotocatálise heterogênea

Abstract

A contaminação de recursos hídricos proveniente de efluentes gerados por atividades antrópicas impulsiona o desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento de água. Métodos de degradação de moléculas de poluentes orgânicos a partir de reações catalisadas por materiais cerâmicos semicondutores inovadores têm se mostrado uma alternativa eficiente, economicamente viável e ambientalmente sustentável. Neste trabalho, nanopartículas de ferritas de cobalto (CoFe2O4), zinco (ZnFe2O4) e bismuto (Bi25FeO40), vanadato de bismuto (BiVO4), óxido de zinco (ZnO) e associações entre esses semicondutores foram sintetizadas por coprecipitação (CP) e coprecipitação seguida de tratamento hidrotérmico assistido por micro-ondas (CPTHAM) a 130 °C/30 min. O potencial fotocatalítico destes materiais foi avaliado em reações de degradação dos corantes: azul de metileno (AM), rodamina B (RB) e amarelo tartrazina (AT). As amostras deste estudo também foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), espectroscopia por dispersão de energia de raios X (EDX), espectroscopia na região do infravermelho (IV-TF) e espectroscopia Raman. Os resultados das análises de caracterização estrutural e morfológica foram utilizados para verificar o efeito da irradiação por micro-ondas, após o processo de coprecipitação, na ocorrência de modificações microestruturais e morfológicas relevantes para a propriedade catalítica fotoativada dos materiais estudados. Dos resultados avaliados observou-se que o processamento hidrotermal com energia de micro-ondas promoveu modificações na morfologia e na formação das fases. No entanto, as amostras de CoFe2O4, ZnFe2O4, ZnO e estruturas oriundas da associação entre esses óxidos não sofreram modificações estruturais significativas após o tratamento hidrotérmico. As amostras de BiVO4 e de materiais provenientes de reações contendo átomos de bismuto e ferro mostraram dependência da temperatura na formação de estruturas monofásicas e com alta cristalinidade. Misturas de fases tetragonal zircônia e monoclínica sheelita de BiVO4 e Bi25FeO40 foram identificadas após CP, originando uma estrutura do tipo silenita monofásica e com alto grau de cristalinidade depois do tratamento hidrotérmico. Com a aplicação desses materiais na fotocatálise heterogênea foi possível correlacionar a eficiência fotocatalítica com o tipo de estrutura apresentada. A partir da associação entre CoFe2O4 e ZnO, observou-se a formação de uma heteroestrutura que se destacou em relação ao seu potencial fotocatalítico quando aplicada nas reações de degradação dos corantes AM, RB e AT. A heterojunção CoFe2O4/ZnO sintetizada via CP, sem tratamento térmico posterior, ao ser utilizada na fotocatálise heterogênea, destacou-se em relação aos demais materiais, apresentando eficiência de degradação de 91% para AM, 77% para RB e 76% para AT, em 120 min, com resposta magnética semelhante à do CoFe2O4 puro. Assim, deste estudo obteve-se, de modo simples e rápido, uma heteroestrutura magneticamente recuperável, com boa resposta à luz visível e eficiente na fotocatálise de reações de descoloração de água contaminada com corantes catiônicos (AM, RB) e aniônico (AT).