FOTODEGRADAÇÃO DO HERBICIDA ÁCIDO 2,4-DICLOROFENOXIACÉTICO (2,4-D) A PARTIR DE NANOESTRUTURAS DE TITÂNIO MODIFICADAS COM ESTANHO

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Físico-Química

Autores

Costa, L.N. (IFMA) ; França, A.A.C. (UFPI) ; Matos, J.M.E. (UFPI) ; Sá, J.L.S. (UESPI)

Resumo

O trabalho em questão propõe a fotodegradação do herbicida ácido 2,4- diclorofenoxiacético (2,4-D) a partir de nanoestruturas de titânio modificadas com estanho. Foram sintetizados nanotubos de titanato de sódio (Na-NTTi), posteriormente submetidos ao processo de troca iônica com SnCl2 para obtenção das amostras de Sn-NTTi. A análise estrutural e morfológica do material foi realizada por DRX, RAMAN e MET, comprovando a formação das estruturas desejadas e o surgimento de nanopartículas de SnO2. Os resultados obtidos no processo de fotocatálise indicaram que a estrutura de Sn-NTTi foi eficiente na degradação do composto orgânico, apresentando um desempenho catalítico de 94%.

Palavras chaves

fotocatálise; estanho; ácido 2,4-D

Introdução

Nos últimos anos, uma grande quantidade de materiais nanoestruturados têm sido estudados por conta de suas propriedades eletrônicas, ópticas, magnéticas e eletroquímicas. (KYEREMATENG et al., 2012). Entre esses materiais, o TiO2, um semicondutor com o gap de energia na região do ultravioleta, tem sido extensivamente utilizado na formação de nanoestruturas alongadas, incluindo nanofios/nanobastões, nanotubos, nanofitas e nanofolhas (BAVYKIN et al., 2010). HOU et al., 2007 mostraram que nanotubos de titanato (NTTi) com estanho (SnO2/NTTi), obtidos pelo processo solvotérmico, melhoraram a eficiência fotocatalítica. O trabalho em questão teve como objetivo sintetizar nanoestruturas de titanato modificadas com estanho para aplicação na degradação do ácido 2,4- diclorofenoxiacético (2,4-D), um dos herbicidas mais utilizados em todo o mundo para o controle de plantas daninhas, apresenta baixa biodegradabilidade e é conhecido como um disruptor endócrino ambiental que pode afetar gravemente o sistema endócrino e imunológico de humanos e animais (AKPAN, 2011).

Material e métodos

O processo de síntese dos nanotubos de TiO2 (Na-NTTi) foi baseado no método hidrotérmico alcalino, utilizou-se 0,5 g do precursor TiO2 para 50 mL de NaOH, 10 mol L-1. A síntese foi realizada em aparelho microondas, estabelecendo uma temperatura de 160 °C por 4h. Para o processo de troca iônico foram usados 500 mg de Na-NTTi em 500 mL de água, a uma concentração de 0,05 mol L-1 de Sn2+ à temperatura ambiente. O material sintetizado foi aplicado na fotodegradação do ácido 2,4-D utilizando uma caixa fechada, contendo três lâmpadas germicidas de 35 W cada, com comprimento de onda em 253 nm. A análise estrutural do material obtido foi feita por difração de raios X e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). A área superficial foi determinada pelo método BET (SHAW, 1992) aplicando fluxo de gás para remover contaminações adquiridas da exposição à atmosfera e definindo o volume de gás adsorvido a cada pressão, a uma temperatura constante. O potencial de fotodegradação dos catalisadores foi feito a partir da Espectrofotometria de absorção molecular na região do UV-Vis.

Resultado e discussão

A identificação e caracterização da estrutura cristalina dos materiais sintetizados foi realizada a partir da difração de Raios X. A Figura 1 representa o difratograma das amostras de Na-NTTi e Sn-NTTi e permite identificar os planos cristalográficos das mesmas. Observa-se que após o processo de troca iônica o pico em torno de 9,8°, correspondente ao plano (200) e referente à distância interlamelar do tubo, deixou de existir. É possível sugerir a partir disso que a inserção do estanho contribuiu para o rompimento da estrutura tubular e surgimento de um novo padrão cristalográfico, correspondente a nanopartículas de SnO2. O estudo da atividade fotocatalítica foi realizado a partir da degradação do ácido 2,4- D. Fez-se um estudo prévio da fotólise (degradação na ausência do catalisador) e da atividade catalítica dos nanotubos de titanato puro. Na Figura 2 observa-se que a fotólise e o Na-NTTi não apresentaram eficiência catalítica. Em contrapartida, a amostra de Sn-NTTi, obtida pelo processo de troca iônica, apresentou uma taxa de degradação de 94%, ressaltando a importância da modificação estrutural.

DRX das amostras de Na-NTTi e Sn-NTTi


Estudo cinético da degradação do ácido 2,4- diclorofenoxiacético (2,4-D)

Conclusões

As análises de DRX e MET comprovaram a formação dos naotubos a partir do método de síntese utilizado e o surgimento de nanopartículas na estrutura cristalina do material após a inserção de Sn-NTTi. Pelo método BET verificou- se um aumento da área superficial após a modificação da estrutura tubular, o que influenciou no processo fotocatalítico. O estudo da degradação do 2,4-D, a partir da fotólise e da amostra Na-NTTi não apresentou resultados relevantes. Quanto a amostra Sn-NTTi, obteve-se um resultado satisfatório, sendo esta capaz de degradar 94% da molécula orgânica no tempo de 120 minutos.

Agradecimentos

AGRADECIMENTOS Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão – IFMA Universidade Federal do Piauí – UFPI Laboratório Interdisciplinar de Materiais Avançados – LIMAv/UFPI PPGQ/UFPI CAPES/FAPEPI

Referências

AKPAN, U.G., HAMEED, B.H. Photocatalytic degradation of 2,4-di-chlorophenoxyacetic acid by Ca–Ce–W–TiO2 composite photocatalyst. Chemical Engineering Journal, v. 173, p. 369–375, 2011.

BAVYKIN, D.V., CARRAVETTA, M., KULAK, A.N., WALSH, F.C. Application of magic-angle spinning NMR to examine the nature of protons in titanate nanotubes. Chemistry of Materials, v. 22, p. 2458 – 2465, 2010.

HOU, L.R., YUAN, C. Z., PENG, Y. Synthesis and photocatalytic property of SnO2/TiO2 nanotubes composites. Journal of Hazardous Materials, v. 139, p. 310-315, 2007.

KYEREMATENG, A. A, HORNEBECQC, V., KNAUTHB, P., DJENIZIANA, T. Properties of Sn-doped TiO2 nanotubes fabricated by anodization of co-sputtered Ti–Sn thin films. Electrochimica Acta, v.62, p. 192– 198, 2012.

SHAW, D. J. Introduction to Colloid and Surface Chemistry. 4. ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1992.