Efeito das condições de calcinação na fotoatividade de nanotubos de dióxido de titânio dopados com nitrogênio

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: FREITAS, Plínio Antoninho de
• Orientador(a): MACHADO, Giovanna
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso embargado
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Quimica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Dióxido de titânio; Nanotubos; Dopagem; Fotocatálise
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/46855

A diminuição dos problemas ambientais, ocasionados pelo lançamento de efluentes contendo compostos orgânicos recalcitrantes a métodos de tratamento convencionais em corpos d’água, através da fotocatálise heterogênea, é imprescindível para o setor têxtil. Deste modo, neste trabalho, foi estudado o efeito das condições de calcinação de nanotubos de dióxido de titânio (TNT) produzidos por anodização e sua aplicação na fotodegradação e mineralização de uma solução do corante têxtil azul de metileno. O dióxido de titânio (TiO2) apresenta méritos para atuar como um fotocatalisador promissor, a saber: estabilidade, não toxicidade e baixo custo. Entretanto, uma problemática surge da necessidade de absorção de luz ultravioleta para sua ativação (através da criação do par elétron – lacuna), o que inviabiliza o uso da energia solar em aplicações fotocatalíticas na superfície deste semicondutor. O estudo da dopagem dos TNT amorfos via calcinação em atmosfera de fluxo de amônia (mistura gasosa de 5% v/v de amônia em argônio) foi realizado visando substituir átomos de oxigênio da matriz do dióxido de titânio por nitrogênio e estender a faixa de absorção deste sistema nanoestruturado para a região visível do espectro luminoso. Adversamente, a dopagem promove a formação de Ti3+ e vacâncias de oxigênio na estrutura cristalina do TiO2 que podem atuar como centros de recombinação do par elétron-lacuna, reduzindo sua atividade fotocatalítica. Para diminuição destes defeitos, um retratamento térmico das amostras foi analisado. Foram verificados um aumento de cristalinidade e principalmente, a formação de uma heteroestrutura cristalina composta pelos polimorfos anatase e rutilo do TiO2 no material que ocasionou a redução da recombinação de portadores por uma mais efetiva separação de cargas fotogeradas. Em seguida, diferenças na fotoatividade de TNT cristalinos obtidos por tratamentos térmicos em atmosfera ambiente de oxigênio ou inerte de argônio foram examinadas. Depois, as condições mais fotoativas de cada tópico anterior foram comparadas. Por fim, foram diferenciados os efeitos da dopagem e retratamento térmico entre TNT amorfos e cristalinos. Os TNT sintetizados foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) permitindo mensurar e comparar os diâmetros e a espessura de seu topo. A Difração de Raios-X (DRX) possibilitou estudar sua cristalinidade, o percentual e a cinética de transição de fases anatase-rutilo. As propriedades ópticas das amostras foram avaliadas através de Espectroscopia de Reflectância Difusa. Alterações nos modos vibracionais das ligações das estruturas cristalinas do TiO2 foram investigadas por Espectroscopia Raman. Deste modo, foi selecionada uma amostra com baixa quantidade de defeitos, 81,1% de cristalinidade, constituída pela fase anatase do TiO2 e 3,0 eV de band-gap que proporcionou a remoção de 82% do corante modelo e 38,23% do Carbono Orgânico Total (COT) em 180 min de ensaio fotocatalítico, o que é de grande impacto tecnológico para as indústrias do polo de confecções do agreste pernambucano.