Fotoeletrodegradação do corante AO7 utilizando filmes de nanocompósitos de ZnO-TiO2

Abstract

Recebido em 27/11/10; aceito em 18/5/11; publicado na web em 8/7/11 PHOTOELECTRODEGRADATION OF AO7 DYE BY ZnO-TiO 2 NANOCOMPOSITE FILMS. The Zn-TiO 2 nanocomposite films were prepared by electrodeposition, using an acidic zinc sulphate solution with TiO 2 nanoparticles in suspension. The as-deposited samples have been heated in air at 450 ºC for 6 h. The XRD and SEM analyses pointed out to the metal matrix conversion from Zn to ZnO and a rich morphology of needles-shaped grains. These materials were used on the photoelectrochemical degradation of AO7, which was efficiently degraded, with 40% of color removal, after 2 h period at 1.0 V, under white light irradiation. The apparent first order rate constant of the photoelectrodegradation reaction was 4.12 x 10 -3 min -1 .Keywords: ZnO-TiO 2 nanocomposite films; AO7 dye; photoelectrodegradation. INTRODUÇÃOAtualmente, os corantes utilizados na indústria têxtil exigem especial atenção, uma vez que a sua persistência no meio hídrico após o tratamento dos efluentes tem provocado problemas ambientais a nível mundial. 1-3 Assim, o desenvolvimento de tecnologias eficazes para o tratamento de efluentes tem sido alvo de muita investigação. Existem vários métodos que permitem a remoção de cor e carga orgânica de efluentes que contenham corantes. No entanto, muitos destes métodos têm a desvantagem de serem de elevado custo, o que impossibilita a sua aplicação em larga escala na indústria têxtil. 4 Os processos oxidativos avançados (POAs) mostram-se muito promissores no tratamento de efluentes, uma vez que demonstraram ser eficazes na degradação de poluentes orgânicos em águas e solos, sendo possível uma degradação quase total dos compostos. 5 Os POAs utilizam o radical hidroxila (HO • ), que tem um elevado poder oxidante e pode promover a degradação de vários compostos poluentes num tempo relativamente reduzido. De modo geral, estes processos, envolvem oxidação química, 6-8 eletroquímica, 9 fotocatalítica 10,11 e/ou fotoeletrocatalítica. 12,13 Os processos de oxidação fotoeletrocatalítica têm sido a grande aposta por parte dos investigadores, pois têm demonstrado ser eficientes, econômicos e "amigos" do ambiente em várias aplicações industriais, 14 incluindo a mineralização de poluentes orgânicos, 15-17 purificação de água 18 e ar, 19 assim como na produção de combustí-veis 20,21 e eletricidade. 22 Este tipo de processo baseia-se, de modo geral, na irradiação de um material semicondutor por fotóns, suficientemente energéticos, que permitam a passagem de elétrons da banda de valência para a banda de condução (e -BC ), criando lacunas carregadas positivamente (h + BV ) na banda de valência. [23][24][25] Desta forma, os compostos orgânicos poderão ser degradados pelos radicais hidroxila formados através da reação da lacuna fotogerada com a água adsorvida à superfície do semicondutor 26 e/ou da reação dos elétrons fotoinjetados com o O 2 que formará um ânion radical superóxida, que irá sofrer reações sucessivas até a formação de radicais hidroxila. 24,27 A aplicação de uma densida...

Annealed Ti/Zn-TiO2 nanocomposites tested as photoanodes for the degradation of Ibuprofen

“…After heat treatment, it is expected that the Zn matrix will be converted to ZnO. We successfully used this strategy to prepare Ti/ZnO-TiO 2 photoelectrodes for the degradation of the AO7 dye in aqueous solution [11]. Other published studies reveal the gas-phase photocatalytic activity of ZnTiO 2 prepared on steel substrates [12,13], and clearly indicate that further research is needed to find out the full potential of photoelectroactive composite electrodes prepared by electrochemical deposition methods.…”

Fotoeletrocatálise Em Semicondutores: Dos Princípios Básicos Até Sua Conformação À Nanoescala

“…8) é possível estimar a espessura (W) da SCL: (9) em que N d é o nível de dopante, ε é a constante dielétrica na direção normal à superfície, ε 0 é a permissividade do vácuo, E bias é o potencial externo de polarização, E FB é o potencial de banda plana e q é o valor de carga elementar. Esse equacionamento assume que (i) todos os níveis aceptores ou doadores do dopante estão ionizados; (ii) uniformemente distribuídos e imóveis; (iii) o nível de Fermi (E f ) encontra--se a mais de 2 kT (0,05 eV) de distância da banda mais próxima (semicondutor não-degenerado); e (iv) a intensidade de polarização não fez a SCL atingir o modelo de inversão.…”

“…A fotoeletrocatálise, entretanto, nunca foi focalizada em trabalhos de revisão em vernáculo. Por algumas vezes, ela foi abordada em trabalhos de inovação técnica contemplando novas aplicações, [6][7][8][9] mas não uma visão fundamentada e sistematizada do tema balizada em literatura selecionada e acompanhada de discussão crítica do estado da arte e possíveis tendências. A fundamentação teórica da fotoeletrocatálise remonta ao final da Segunda Guerra Mundial, com os estudos da semicondução no silício e germânio orientados por Lark-Horovitz 10 e que desencadearam o enorme avanço tecnológico representado por componentes eletrônicos como diodos e transistores, formados por junções entre semicondutores com dopagem diferente, presentes hoje em praticamente todos os dispositivos eletrônicos.…”