Efficient Mineralization of Paracetamol Using the Nanocomposite TiO₂/Zn(II) Phthalocyanine as Photocatalyst

Abstract

The photocatalytic performance of a composite based on the association of TiO 2 and 2.5 wt.% of zinc(II) phthalocyanine (TiO 2 /ZnPc) was evaluated towards the mineralization of paracetamol and compared to that observed for the bare oxide in different pH and H 2 O 2 concentrations. The results show that the photocatalytic performances were influenced by the pH, with maximum efficiency around the isoelectric point. Mineralization efficiencies between 86-91% was obtained using TiO 2 /ZnPc in pH 5.5-6.8, with 33 mg L -1 of H 2 O 2 , ca. 15% higher than that observed with TiO 2 . The mineralization efficiencies using bare TiO 2 and TiO 2 /ZnPc were respectively 112 and 18% lower in the absence of H 2 O 2 . The better performance of TiO 2 /ZnPc is related to its extended light absorption and non-uniform coating of the TiO 2 surface by ZnPc aggregates. Above pH 6.8, the mineralization efficiencies decrease for both photocatalysts, although the consumption of H 2 O 2 remains above 90%, due to its decomposition in alkaline pH.Keywords: mineralization, paracetamol, heterogeneous photocatalysis, role of pH and hydrogen peroxide, TiO 2 /zinc(II) phthalocyanine nanocomposite IntroductionSince initial studies by Fujishima and Honda, 1 heterogeneous photocatalysis 2 has attracted considerable attention due to its many technological applications, such as H 2 production, 3-5 CO 2 reduction, 6-8 environmental remediation, 9-12 among others. TiO 2 has been widely used in heterogeneous photocatalysis due its low cost, low toxicity, chemical and photochemical stability, usually expressive photocatalytic activity and versatility. 2,10,12,13 Its main limitation as photocatalyst is related to the lack of absorption in the visible region, which limits its use under solar irradiation. Several strategies have been employed to overcome this limitation, including doping 3 and production of nanocomposites. 9,[12][13][14] TiO 2 -based photocatalysis has been specially used in environmental remediation for the removal of recalcitrant and hazardous organic pollutants in wastewater. 9,15 The radicals produced from its excitation by light are able to efficiently oxidize organic pollutants leading in some cases to a complete mineralization of the organic matter.Paracetamol (N-acetyl-p-aminophenol, PCT), Figure 1a, among other pharmaceutical products, their metabolites, pesticides, hormones and herbicides, 9,16-20 is calling attention due to its persistence in the environment and the inability of the sewage treatment plants in removing this contaminant, which may result in bioaccumulation and harmful consequences for ecosystems. 17,[20][21][22] Although PCT is metabolized mainly by the liver, up to 68% of this drug tends to be excreted in the urine when ingested within permitted levels. [21][22][23][24] It should be emphasized that one of the routes of paracetamol metabolism produces highly toxic metabolites able to bind covalently to cysteine present in proteins. 23,25Figure 1. Chemical structure of PCT (a) and Zn(II) phthalocyanine (b). França e...

Preparação e avaliação fotocatalítica de hexaniobatos lamelares e seus filmes finos obtidos por Layer-by-Layer

“…A grande relevância desta ciência encontra-se na variedade de suas aplicações no desenvolvimento de tecnologias como em sínteses orgânicas por fotoiniciação (OELGEMÖLLER, 2016), sensores luminescentes, desenvolvimento de lasers, materiais fotocrômicos, dispositivos emissores de luz, dentre outras (BALZANI et al, 2014). Destaca-se atualmente entre essas aplicações, a fotocatálise heterogênea pela possibilidade de produção de combustível como o H 2 e também pela possibilidade de degradação de efluentes (FRANÇA et al, 2016;MACHADO, 2016;SANTOS et al, 2015;SILVA, 2015;PATROCINIO et al, 2014).…”

Síntese e caracterização de fotossensibilizadores baseados em ftalocianinas de Zn(II) assimétricas tipo A3B

“…Por outro lado, o mundo também vem enfrentando um significativo conjunto de problemas ambientais devido à contaminação de águas. Os níveis crescentes de efluentes residuais não tratados, ou mesmo parcialmente tratados em estações de esgoto, são problemas ambientais cada vez mais preocupantes (SANTOS et al, 2015;FRANÇA et al, 2016). Em geral, os efluentes contendo corantes e pigmentos derivados de compostos aromáticos, causam sérios danos à biota aquática e a saúde humana (OLIVEIRA et al, 2012;CHEQUER et al, 2013).…”

“…Assim, esforços têm sido feitos no sentido de desenvolver novas tecnologias destinadas ao tratamento de substâncias persistentes no meio ambiente. Assim a fotocatálise heterogênea tem merecido posição de destaque (IBHADON, FITZPATRICK, 2013;FRANÇA et al, 2016).…”

“…A conversão de energia solar por via fotocatalítica chama a atenção devido a possibilidade de produzir, de forma sustentável, combustíveis e outros produtos químicos valiosos, bem como ser aplicada para remediação ambiental (SANTOS et al, 2015;MOHAMED et al, 2016). Diferentes óxidos semicondutores têm mostrado eficiência fotocatalítica (MARINHO et al, 2015;VALIZADEH et al, 2016), destacando os materiais à base de TiO2 (MACHADO et al, 2012;TAN et al, 2015;FRANÇA et al, 2016), desde a descoberta feita por Fujishima e Honda (1972). Neste contexto, materiais mesoporosos tendem a favorecer as aplicações catalíticas destes materiais (MACHADO et al, 2015).…”

“…A fotocatálise heterogênea é baseada na excitação eletrônica de certos óxidos semicondutores, quando um elétron é promovido da banda de valência (BV) para a banda de condução (BC), gerando um buraco (h + ) na BV (Equação 1) ), e envolve em geral a mineralização de contaminantes orgânicos, ou seja, é possível decompor certos resíduos orgânicos em gás carbônico (CO2), sais inorgânicos e água (OLIVEIRA et al, 2012;SANTOS et al, 2015;FRANÇA et al, 2016 Já os buracos, formados na BV, mostram potenciais positivos, na faixa de +1,0 a +3,5 V, medidos contra um eletrodo de calomelano saturado (OLIVEIRA et al, 2012).…”