Perovskita livre de chumbo para tratamento de efluentes e combate a patógenos: NaNbO3 com propriedades fotocatalítica e antibacteriana

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Gonçalves, Daiane Fernandes
• Orientador(a): Cava, Sergio da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Perovskita; Niobato de sódio; Síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas; Fotocatálise heterogênea; Atividade antibacteriana; Perovskite; Sodium niobate; Microwave-assisted hydrothermal synthesis; Heterogeneous photocatalysis; Antibacterial activity
• Área do conhecimento CNPq: ENGENHARIAS
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/16641

A fotocatálise heterogênea tem se consolidado como uma tecnologia eficaz para o enfrentamento de desafios ambientais, especialmente no tratamento de efluentes contendo poluentes recalcitrantes. Entre os materiais investigados como fotocatalisadores, o niobato de sódio (NaNbO3), um semicondutor com estrutura cristalina do tipo perovskita, tem despertado interesse devido às suas propriedades físico-químicas favoráveis para este fim. Embora propriedades antibacterianas representem um diferencial importante nos materiais devido ao avanço de cepas resistentes, o uso do NaNbO3 em aplicações antimicrobianas ainda é pouco explorado. Diante disso, o objetivo desta tese, estruturada em cinco artigos científicos, foi investigar as propriedades fotocatalítica e antibacteriana do NaNbO3 e de suas modificações estruturais e composicionais, visando sua aplicação na remoção de poluentes emergentes em meio aquoso e no combate a bactérias patogênicas. No primeiro artigo, o NaNbO3 foi sintetizado pelo método hidrotérmico assistido por micro-ondas (MHAM), seguido de tratamento térmico, resultando em nanofios e nanogrãos com elevada atividade fotocatalítica. O aumento da temperatura de calcinação promoveu a conversão dos nanofios em nanogrãos, que apresentaram desempenho superior na degradação do corante Rodamina B (RhB) sob luz UV. A elevada eficiência fotocatalítica foi atribuída à combinação entre alta cristalinidade e morfologia favorável. No segundo artigo, foi desenvolvido um fotocatalisador heteroestruturado a partir dos nanogrãos de NaNbO3 previamente obtidos e eumelanina (pigmento extraído de resíduo de cabelo humano). A ampla absorção óptica da eumelanina, aliada à separação eficiente de cargas promovida pela junção dos materiais, possibilitou a degradação do RhB sob luz visível. Nos três artigos seguintes, o NaNbO3 foi sintetizado, também pelo MHAM, e a influência da dopagem com Cu(II), Al(III) e Zn(II) na sua atividade fotocatalítica foi analisada. A inserção desses dopantes promoveu alterações na simetria cristalina e influenciou significativamente as propriedades ópticas da perovskita. Em concentrações otimizadas, a dopagem reduziu o band gap e a taxa de recombinação das cargas fotogeradas, resultando em maior eficiência na degradação do RhB. Nos estudos com Cu(II) e Zn(II), também foi avaliada a atividade antibacteriana. A dopagem com Cu(II) resultou na inibição do crescimento da bactéria Escherichia coli (E. coli). No estudo com Zn(II), o NaNbO3 puro exibiu ação antibacteriana expressiva contra E. coli, Staphylococcus aureus (S. aureus) e Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae), enquanto a amostra dopada também inibiu o crescimento bacteriano, mas com eficácia dependente da concentração. Dessa forma, os resultados obtidos evidenciam o grande potencial do NaNbO3 como fotocatalisador para purificação de águas residuais e como agente antimicrobiano. Adicionalmente, os artigos produzidos no âmbito desta tese foram os primeiros a reportar a atividade antibacteriana do NaNbO3 puro, sem estímulo adicional, frente à E. coli, bem como a demonstrar sua eficácia contra K. pneumoniae e S. aureus.