64ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 4. Engenharia de Materiais e Metalúrgica

AVALIAÇÃO DA ABSORÇÃO DA RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA E DA ATIVIDADE FOTOCATALÍTICA DE NANOESTRUTURAS ACICULARES DE ÓXIDO DE ZINCO

Antonio Shigueaki Takimi 1 Felipe Antônio Lucca Sánchez 1 Luana Silveira de Oliveira 1 Carlos Pérez Bergmann 2

1. Laboratório de Materiais Cerâmicos - UFRGS 2. Profº. Dr/Orientador - Laboratório de Materiais Cerâmicos - UFRGS

INTRODUÇÃO:

O crescente desenvolvimento de materiais compostos estruturalmente por partículas com pelo menos uma das dimensões nanométrica (menores que 100 nm), tem possibilitado explorar novas aplicações graças à intensificação das propriedades quando comparados aos ditos materiais convencionais. A absorção de radiação ultravioleta (UV) é uma propriedade intrínseca do óxido de zinco (ZnO) que vem despertando o interesse de seu uso como aditivo em filtros solares, revestimentos protetores, e mesmo em materiais poliméricos que têm suas propriedades físicas e químicas alteradas em decorrência dos efeitos da radiação UV emitida pelo sol. Por outro lado, a absorção da radiação UV no ZnO, pode desencadear reações de degradação de moléculas orgânicas presentes em meio aquoso e, assim este material pode atuar como um fotocatalisador na degradação de poluentes orgânicos em meio aquoso, podendo ser aplicado no tratamento de águas e efluentes. Este trabalho buscou avaliar o desempenho na absorção da radiação UV e na atividade fotocatalítica de nanoestruturas de ZnO com morfologia acicular obtidas por um processo baseado na evaporação térmica frente a um ZnO comercial com morfologia poliédrica.

METODOLOGIA:

O ZnO empregado foi sintetizado por evaporação térmica de grânulos de zinco metálico em um reator tubular com controle de temperatura e gases. Os pós foram avaliados pelas técnicas de adsorção de nitrogênio pelo método de B.E.T. para determinação de área superfícial em um equipamento Autosorb Quantachrome Instrument modelo Nova 1000. Os pós foram secos durante 3 horas a 300°C antes de realizar a análise. A morfologia foi analisada através microscopia eletrônica de varredura (MEV) no microscópio JEOL JSM 6060. O Tamanho de cristalito foi determinado através da difração de raios-X (DRX) em um difratômetro de marca Philips, modelo X’PERT e os dados foram tratados com o auxilio do programa WinFit 1.0. O comportamento óptico de absorção de radiação das partículas de ZnO foi avaliado em um espectrofotômetro Cary 50 Scan, marca Varian no intervalo de 200 a 800 nm, foram usadas no ensaio, dispersões de ambos os pós de ZnO em isopropanol.A atividade fotocatalítica foi avaliada pela degradação do corante orgânico alaranjado de metila (AM) em meio aquoso exposto a radiação UV, na qual alíquotas foram coletadas em intervalos de tempo regulares para avaliar em um espectrofotômetro a transmitância da solução no comprimento de onda característico do corante (465 nm).

RESULTADOS:

A síntese por evaporação térmica gerou partículas nanoestruturadas aciculares em forma predominante de tetrápodes, como observa-se na micrografia de MEV, já as partículas comerciais apresentam uma estrutura micrométrica com formato poliédrico. A área superficial e tamanho de cristalito foi 18, 354 m²/g e 39 nm, respectivamente, para o ZnO sintetizado já o ZnO comercial obteve 7,57 m²/g e 97 nm como resultado. As partículas de ZnO apresentaram um comportamento diferente na absorção da radiação da região avaliada. É possível observar que o pó de ZnO nanoestruturado teve uma ampla absorção de UV na faixa de 200 a 380 nm enquanto o material comercial apresentou uma discreta absorção iniciada em 370 nm. A atividade fotocatalítica mostrou um comportamento diferenciado na degradação do AM em relação ao ZnO utilizado. O ZnO nanoestruturado degrada completamente o AM após 20 minutos de exposição a radiação UV, enquanto o ZnO comercial atinge a degradação completa do AM em 45 minutos. Um análise realizada com o AM na ausência de ZnO de qualquer espécie mostrou que ele não é degradado quando submetido à radiação UV.

CONCLUSÃO:

O desempenho diferenciado na absorção da radiação UV e, consequentemente, na atividade fotocatalítica das partículas de ZnO revela uma influência da morfologia e área superficial do material nos resultados. Isto condiz com a literatura que atribui a diferenciação nas propriedades óticas do ZnO a sua morfologia, área superficial e aos defeitos na estrutura cristalina. Os resultados desta pesquisas potencializam o emprego do ZnO nanoestruturado como fotocalisador e em aplicações com absorção UV num amplo espectro.

Palavras-chave: Óxido de Zinco, Fotocatálise, Ultravioleta.