Síntese e Avaliação Fotocatalítica de Hidroxiapatita Dopada com Európio

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Pereira Rocha, R.L. (UFPI) ; Lima da Silva, T. (UFPI) ; Castro Honorio, L.M. (UFPI) ; Aragão Trigueiro, P. (UFPI) ; Cavalcanti da Silva Filho, E. (UFPI) ; Anteveli Osajima, J. (UFPI)

Resumo

A busca por novos fotocatalisadores com propriedades e aplicações específicas tem favorecido o desenvolvimento no campo da ciência e tecnologia. Nessa perspectiva, visando alternativas para degradação de poluentes emergentes, este trabalho tem como objetivo sintetizar uma hidroxiapatita dopada com Eu3+ e testar seu potencial fotocatalítico na degradação do corante azul de metileno (AM) em solução aquosa. A hidroxiapatita foi dopada com o metal Európio (5%) em três diferentes concentrações e os testes fotocatalíticos realizados por meio da irradiação sob luz UV. Os resultados da avaliação fotocatalítica mostraram que os catalisadores obtiveram percentuais de fotodegradação do corante de até 54,65%.

Palavras chaves

Hidroxiapatita; Fotocatalisador; Espécies reativas

Introdução

Um dos maiores problemas para a sociedade moderna é o alto índice de contaminantes encontrados na superfície, no solo ou até mesmo na água potável, e isso ocorre devido aos efeitos naturais ou, na maior parte dos casos, antrópicos. A presença de poluentes orgânicos tóxicos intensifica ainda mais a dificuldade de tratamentos de águas residuais, e como consequência disso a humanidade pode sofrer altos riscos. Por conta das altas concentrações, muitos compostos apresentam resistência aos tratamentos convencionais, sendo esses ineficientes para degradar alguns compostos químicos, a partir deste problema, se destacam os processos oxidativos avançados (POAs) que utilizam técnicas fotolíticas para degradar compostos recalcitrantes (BRILLAS; MARTÍNEZ-HUITLE, 2015; GARCIA-SEGURA; BRILLAS, 2017). Os POAs são baseados na geração de compostos altamente reativos e oxidantes, como o ozônio (O3), o peróxido de hidrogênio (H2O2) e em especial os radicais hidroxilas (•OH), que degradam de forma rápida os poluentes orgânicos (BRILLAS; MARTÍNEZ-HUITLE, 2015; GARCIA-SEGURA; BRILLAS, 2017). Dessa forma, visando a obtenção de materiais alternativos para degradação de poluentes orgânicos através da fotocatálise heterogênea, este trabalho tem como objetivo avaliar as propriedades catalíticas da hidroxiapatita dopada com Európio utilizando o corante AM como molécula modelo.

Material e métodos

A síntese da hidroxiapatita (HAp) dopada com Európio 5% ocorreu pelo do método de coprecipitação. Sendo que, ocorreu a adição simultânea das soluções aquosas do fosfato de amônio dibásico, hidróxido de cálcio e do nitrato de Európio, na temperatura ambiente, por 3h, em pH básico (10-11). A solução do corante Azul de Metileno foi preparada na concentração de 1,5x10- 5 mol.L-1. O material fotoativo e HAp – Eu 5% foi preparado nas concentrações de 0,25 g.L-1, 0,5 g.L-1 e 1,0 g.L-1. Os ensaios de fotodegradação foram feitos no interior de uma câmara de irradiação, com uma lâmpada à vapor de Hg sem bulbo de 125 W. E um reator de vidro borossilicato, aberto à atmosfera acoplado ao banho termostático com refrigeração, garantindo a permanência da temperatura em 25 ºC ±1,0 ºC sob agitação de 600 rpm por um agitador magnético. Para a coleta das amostras foi usada uma cânula (diâmetro interno 13 mm, comprimento de 52 cm) imersa na solução de corante e conectada na outra extremidade por uma seringa de plástico fixada na parte superior de uma das paredes. A adsorção molecular foi realizada através de um agitador magnético de 600 rpm durante 40 min. A coleta das amostras foi feita por meio de uma cânula conecta a uma seringa plástica, o volume da amostra coletado foi em torno de 2,0 mL, nos intervalos de tempo, 5 min, 10 min, 15 min, 30 min, 60 min, 90 min e 120 min. Para o acompanhamento da fotodegradação do corante foi monitorada a banda máxima de absorção do azul de metileno na região do UV-visível (λmáx = 664 nm em água) (LIBERATTI et al., 2014). O percentual de degradação foi foi calculado a partir da variação entre as concentrações iniciais e finais do corante em solução.

Resultado e discussão

Após os testes foi possível notar, de acordo com a Figura 1, que ocorre uma diminuição na banda de absorção do corante. E isso acontece devido a geração de espécies carregadas, como elétrons e lacunas, que reagem (processo redox) com o oxigênio ou água e formam substâncias reativas de oxigênio que evita a recombinação das moléculas, levando a degradação do corante, com o aumento do tempo de irradiação sob luz UV (MÁRQUEZ BRAZÓN et al., 2016). A taxa de degradação para os diferentes fotocatalisadores foi: HAp-Eu(5%), concentração de 0,25 g L-1 = 41%, concentração de 0,50 g L-1 = 43,5% e concentração 1,00 g L-1 = 54,65%. O estudo da dependência da fotocatálise em função da concentração de catalisador influencia na determinação de parâmetros cinéticos como a constante de velocidade. A constante de velocidade máxima foi observada na concentração de 1,0 g/L, para o fotocatalisador, com k = 6,59x10-3 min-1. O mecanismo para explicar a atividade fotocatalítica da HAp pode ser similar para o que ocorre com o TiO2. No caso da HAp, os elétrons na banda de condução são doados às moléculas de O2 adsorvidas no material para gerar O2•. Já os radicais hidroxilas •OH são formados na superfície do material pelos elétrons fotoexcitados a partir das hidroxilas presentes na estrutura na hidroxiapatita ou pela reação de radicais O2•- com moléculas de H+ presentes na solução. Esses radicais oxidam o material orgânico (corante) a produtos intermediários e, em seguida, ocorre a decomposição para substâncias mais simples e CO2. A degradação do corante também pode ocorrer pela reação com as vacâncias excitadas que são geradas a partir da transição eletrônica (LINDINO et al., 2016).

Tabela 1: Taxa de degradação da Azul de Metileno no tempo de 120 min com o fotoativo HAp – Eu 5%.


Figura 1: Espectros de absorção do azul de metileno.L-1 em solução aquosa, de 200 a 400 nm, para a HAp – Eu 5% em diferentes concentrações

Conclusões

De acordo com os resultados obtidos, houve um aumento na taxa de degradação corante com o aumento da concentração do fotocatalisador utilizado, em que a concentração de 1,0g L-1 de HAp-Eu (5%) apresentou maior eficiência, além disso os resultados da constante de velocidade mostraram que a velocidade de reação aumentou com o aumento da concentração de íons metálicos. Assim, a hidroxiapatita dopada com íons de Európio mostrou resultados promissores quanto à degradação do corante azul de metileno.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPQ e à CAPES pelo auxílio concedido para elaboração dos trabalho.

Referências

BRILLAS, E.; MARTÍNEZ-HUITLE, C. A. Decontamination of wastewaters containing synthetic organic dyes by electrochemical methods. An updated review. Applied Catalysis B: Environmental, v. 166–167, p. 603–643, 2015.
GARCIA-SEGURA, S.; BRILLAS, E. Applied photoelectrocatalysis on the degradation of organic pollutants in wastewaters. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, v. 31, p. 1–35, 2017.
LIBERATTI, V. R., AFONSO, R., LUCILHA, A. C., DA SILVA, P. R. C., ANTONIA, L. H. D. Fotocatálise do azul de metileno na presença de óxido de bismuto sob irradiação de luz UV e solar. Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, v. 35, n. 1, p. 55, 2014.
MÁRQUEZ BRAZÓN, E., PICCIRILLO C., MOREIRA I.S., CASTRO P.M.L. Photodegradation of pharmaceutical persistent pollutants using hydroxyapatite-based materials. Journal of Environmental Management, v. 182, p. 486–495, 2016.
LINDINO, C. A., BATALIOTO, C. F., HOSS, D., SCHURANCK, S. C. H. Degradação do Agrotóxico Connect® com Fotocatalisador Hidroxiapatita. Ciência e Natura, v. 38, n. 3, p. 1570, 2016.