FOTOCATALISADORES À BASE DE ESTANATOS (Zn,Mg[/sub])[sub]2[/sub]SnO[sub]4[/sub] APLICADOS NA DESCOLORAÇÃO DO REMAZOL VERMELHO 133

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Inorgânica

Autores

Sousa, A.S. (UFPB) ; Costa, J.M. (UFPB) ; Maia, A.S. (UFPB) ; Silva, M.R.S. (UFPB) ; Santos, I.M.G. (UFPB)

Resumo

Espinélios (Zn_1-xMg_x)₂SnO₄ foram avaliados na fotodescoloração de azo corante. Os fotocatalisadores foram preparados pelo método Pechini-modificado e caracterizados por difração de Raios–X, espectroscopia no IV e no UV-Vis, espectroscopia Raman e medida de área superficial. Mudanças na ordem a longo alcance, deslocamentos das bandas no IV e Raman e aumento nos valores do band gap foram observados quando o íon zinco foi substituído pelo íon magnésio. As composições intermediarias (x= 0,25, 0,50 e 0,75) apresentaram melhores resultados na descoloração do corante remazol vermelho 133, com destaque para a mistura x = 0,50 que forneceu 88% de descoloração em apenas 1 h de reação, enquanto que as fases puras, apresentaram ~30% para o mesmo tempo

Palavras chaves

Espinélios; método Pechini-modificado; fotocatálise

Introdução

A industria têxtil é uma atividade que contribui para geração de efluentes potencialmente tóxicos e os processos convencionais utilizados no tratamento geralmente não conseguem mineralizar esses compostos (KIM e IHM, 2011). Várias tecnologias alternativas vêm sendo exploradas no tratamento desses efluentes, entre elas destaca-se a fotocatálise heterogênea que utiliza óxidos fotoativos na purificação de águas. Óxidos com estrutura do tipo espinélio vêm sendo empregados como fotocatalisadores (BORHAN, 2014; XU, 2013 e NAN, 2013). O estanato zinco (Zn₂SnO₄) e estanato de magnésio (Mg₂SnO₄) são óxidos com estrutura espinélio inverso (CHI, 2011 e JACULINE, 2013) e apresentam aplicações promissoras no setor tecnológico. A solução sólida (Zn_1-xMg_x)2SnO₄, constituída a partir da mistura desses dois materiais, foi sintetizada, segundo a literatura, utilizando apenas o método cerâmico (LIU, 2013 e KITAURA, 2010). Este método caracteriza-se por longos tempos de reação, altas temperaturas de calcinação e apresenta baixa reprodutibilidade. O método de síntese escolhido foi o Pechini modificado, que proporciona a obtenção de materiais com baixo custo e elevada homogeneidade e controle estequiométrico. O presente trabalho tem por objetivo sintetizar a solução sólida (Zn_1-xMg_x)2SnO₄ pelo método de Pechini modificado de modo a investigar as propriedades estruturais e ópticas do material, como também, verificar eficiência fotocatalítica a partir da descoloração de soluções aquosas do corante remazol vermelho 133.

Material e métodos

O citrato de estanho foi preparado, conforme metodologia descrita por Lucena et al., 2013. Inicialmente, as massas de cada precursor e do ácido cítrico na proporção 3:1 ácido cítrico: metal, foram calculadas referentes a cada composição. O estanho metálico foi dissolvido em 100 mL de ácido nítrico a 0,1 mol/L em banho de gelo sob agitação. Após total dissolução do estanho, foi adicionado o ácido cítrico. O pH da reação foi ajustado com adição de hidróxido de amônio. Em seguida, os citratos de zinco e magnésio foram preparados separadamente, a partir de seus respectivos precursores acetato de zinco e nitrato de magnésio, ambos solubilizados em água, seguido pela adição do ácido cítrico correspondente a cada metal. Com os citratos prontos, a solução de citrato de Mg foi adicionada à solução de citrato de Sn e por último a solução de citrato de Zn foi adicionada. A solução foi aquecida a 70°C e adicionado o etilenoglicol. A temperatura foi elevada até 90°C. Em seguida, essa resina foi pré-calcinada a 350°C por 1,5 h, pulverizada e peneirada. Após tratamento térmico, as amostras foram calcinadas a 800°C por 2 h. A partir de então, todas as amostras foram caracterizadas por difração de raios–X, espectroscopia vibracional da região do infravermelho, espectroscopia de absorção na região do UV-Vis, espectroscopia Raman e medidas de adsorção/dessorção de N₂.Os parâmetros fixados para os testes fotocatalíticos foram: solução 10 ppm do corante, 66,5 mg de catalisador e tempo de exposição à radiação de 0 a 5 horas. Os ensaios foram realizados em um reator de quartzo, com agitação magnética irradiado por três lâmpadas UVC de 9 W com emissão de 254 nm. Após a reação, as suspensões foram centrifugadas e a descoloração foi quantificada usando o espectrofotômetro UV-Vis

Resultado e discussão

As fases de Zn₂SnO₄ e Mg₂SnO₄ foram indexadas de acordo com as fichas ICDD 24-1470 e 24-0723, respectivamente, indicando a simetria cúbica para ambos. Nenhum padrão ICDD para composições intermediárias foi encontrado, mas seus difratogramas são semelhantes entre si não apresentando variações significativas de deslocamento dos picos. À medida que o íon zinco é substituído pelo íon magnésio na estrutura do espinélio, a solução sólida tornou-se mais desorganizada a longo alcance. No espectro IV, a banda em a ~415 _cm-1 foi atribuída ao estiramento metal-oxigênio (PREMKUMAR e SIVAKUMAR, 2017) nos sítios tetraédricos, referentes as vibrações Zn-O e/ou Mg-O (TANG, 2015). Bandas na região entre ~571 e 650 _cm-1 estão relacionadas à vibração dos octaedros ZnO₆ e/ou MgO₆ e SnO₆ (JAYAPRAKASH, 2008 e TANG, 2015). Os espectros Raman da solução sólida apresentaram 5 modos ativos nas regiões próximas a 137, 225, 378, 522 e 661 _cm-1, havendo deslocamentos e mudanças de perfil nas regiões abaixo de 450 _cm-1.Os valores de band gap foram calculados utilizando o método de Wood e Tauc 1972, apresentando valores entre 3,82 e 4,48 eV. As composições intermediárias apresentaram maiores valores de área superficial (21-27 _m2/g) em relação às fases puras (13-14 _m2/g). Nos ensaios fotocatalíticos as fases intermediárias apresentaram os melhores resultados. A composição x = 0,50 forneceu uma descoloração de 88% na 1 hora de reação. As composições x = 0,25 e 0,75 apresentaram porcentagens de 67 e 74%, respectivamente, para o mesmo tempo. Essa melhor eficiência das fases intermediárias pode estar relacionado a área superficial.

Conclusões

A caracterização dos espinélios indicou o sucesso na síntese da solução sólida (Zn1-xMgx)2SnO4 pelo método de Pechini modificado, em temperatura baixa, quando comparada ao método de reação no estado sólido. Os resultados dos testes fotocatalíticos mostraram que as soluções sólidas intermediárias apresentaram excelentes resultados na descoloração das soluções aquosas do corante remazol vermelho 133, superior aos espinélios puros em todos os tempos de exposição, provavelmente devido à maior área superficial.

Agradecimentos

CETENE, CNPq/MCTIC, CT-INFRA/FINEP/MCTIC.

Referências

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