Degradation of Caffeine by Heterogeneous Photocatalysis Using ZnO with Fe and Ag

Abstract

The organic compound caffeine when detected in environmental matrices such as surface waters and groundwater is considered as an emerging contaminant, in which its effects are still unknown. Therefore, in the present research, zinc oxide-based catalysts impregnated with iron and silver were prepared for the reaction of caffeine degradation by heterogeneous photocatalysis. The wet impregnation method with excess solvent was applied to the preparation of the materials, later they were characterized by adsorption of N2, Xray diffraction and photoacoustic spectroscopy. Then, the photodegradation, photolysis and adsorption tests were carried out, in which it was observed that only the presence of the radiation or photocatalysts could not sufficiently degrade the caffeine, however when combined radiation with all the catalysts studied here presented degradation above 70% at the end of 300 minutes of the reaction, and the best catalyst studied was that containing 8% Ag in non-calcined ZnO. Thus, these results point out that the methodology employed in this research, both for the preparation of the catalysts and in the process of the photocatalysis reaction, was efficient in the degradation of the emerging contaminant, caffeine, which could later be used for a mixture of other contaminants.

Desenvolvimento de catalisadores de ZnO dopados com metais para degradação fotocatalítica de cafeína

“…Ou seja, a adição desse metal melhorou a eficiência do catalisador, pois melhorou o seu desempenho na região do visível. Por outro lado, a adição dos metais Cu e Ni ao ZnO não contribuíram para melhora do desempenho na reação de degradação da cafeína, pelo contrário prejudicaram.Resultados similares foram observados porAlmeida et al, (2020), que avaliaram a adição de 8% em peso de Ag e Fe ao ZnO e sua utilização na degradação da cafeína, sob radiação UV, obtendo uma degradação de 96% da cafeína, na primeira hora de reação, para o catalisador ZnO dopado com Ag. Entretanto, o mesmo não ocorreu com o ZnO dopado com Fe, que não apresentou degradação da cafeína.Em seu estudo,Guo et al (2022), também observou que adição de 8% em peso de Ag ao ZnO favoreceu o desempenho do catalisador, neste caso para degradação do corante azul de metileno sob radiação UV, alcançando cerca de 98% de degradação em uma hora.…”