Estudo da heterojunção UiO-66/g-C3N4 como fotocatalisador ativo pela luz visível para tratamento de azul de metileno em efluentes

Abstract

As mudanças climáticas que acometem o planeta fomentam a corrida pelo desenvolvimento sustentável. Nesse sentido, a química verde é aliada na articulação de processos que promovam soluções para problemáticas ambientais, como a contaminação de efluentes aquosos. Por sua vez, o tratamento desses efluentes pode ser realizado empregando processos oxidativos avançados, que promove a oxidação de moléculas orgânicas, dando origem a compostos menores como CO2, água e ânions inorgânicos. Nesse âmbito, a fotocatálise heterogênea permite a degradação de matéria orgânica catalisada por semicondutores na presença de luz. Buscando melhor aproveitamento da luz solar, semicondutores ativos na luz visível despertam o interesse, como o nitreto de carbono (g-C3N4). Apesar disso, esse semicondutor apresenta problemas de desempenho, que podem ser mitigados pelo procedimento de heterojunção – combinação de dois semicondutores. O UiO-66 (Zr) é um MOF (material híbrido metalorgânico) que apresenta propriedades importantes para a fotocatálise, como elevada área superficial e resistência mecânica e térmica. Sua síntese tradicional conta com a utilização de N,N-dimetilformamida (DMF) como solvente, prejudicial à saúde e ao meio ambiente. Neste trabalho, buscou-se determinar uma metodologia alternativa a síntese tradicional do UiO-66, com a substituição por um solvente menos danoso. Não somente, realizou-se a síntese do gC3N4 através da pirólise da ureia, bem como a heterojunção UiO-66/g-C3N4. A síntese verde do UiO-66, utilizando γ-valerolactona, foi bem-sucedida, apresentando o excelente rendimento de 80%, além de repetibilidade do método. Os principais parâmetros para atingir o sucesso da síntese foram o tempo de agitação da mistura reacional e a temperatura de aquecimento. A metodologia de síntese que utiliza acetona como solvente também forneceu resultado promissor. O g-C3N4 sintetizado apresentou características conforme reportado na literatura, caracterizado por espectroscopia IV e difração de raios X. O produto da síntese da heterojunção UiO-66/g-C3N4 (H1 e H2) foi caracterizado pelas mesmas técnicas, apresentando o resultado esperado de repetição das bandas características no espectro IV e picos no difratograma dos precursores. Ainda, os produtos das heterojunções foram caracterizados por espectroscopia de absorção da região UV-VIS, que foi utilizada para o cálculo do valor de bandgap, sendo obtido: 3,87 eV para o UiO-66; 2,72 eV para o g-C3N4; 2,76 eV para H1; e 3,1 para H2. Os testes de fotodegradação do azul de metileno mostraram que o g-C3N4 adsorve o corante. Por esse motivo, o g-C3N4 com azul de metileno adsorvido foi testado na fotocatálise via seca, que apresentou descoloração após a exposição a luz por 5h.