Preparation and characterization of TiO2-modified and Ag-based photocatalysts for phenol degradation

Neste trabalho é reportado o estudo de degradação do fenol via processo de fotocatálise heterogênea pelo uso de radiação eletromagnética visível em duas classes de fotocatalisadores: os baseados no TiO2 e os baseados na Ag. Os materiais baseados no TiO2 foram modificados com Ag2O e Ag3PO4 e foram preparados por meio do tratamento hidrotérmico de TiO2 comercial em meio altamente alcalino. Já os materiais baseados na Ag foram obtidos via reações de precipitação química, tendo sido preparados os seguintes compostos: Ag2O, Ag2CO3, Ag3PO4 e Ag2CrO4. A caracterização dos fotocatalisadores obtidos foi feita por meio das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios &#8722;X, DRX, fisissorção de N2, espectroscopias no ultravioleta &#8722; visível por refletância difusa, UV-Vis e no infravermelho, IV. Os resultados mostraram a obtenção de estruturas com morfologia associada a fios de TiO2 anatase modificados superficialmente com partículas esféricas de Ag2O e Ag3PO4, com elevado grau de cristalinidade e pureza de fase. O estudo fotocatalítico revelou que os materiais modificados com Ag2O e Ag3PO4 apresentaram melhor desempenho na fotodegradação do fenol em comparação com TiO2 puro, com eficiência de 60% de degradação em 5 horas de irradiação de fótons na região do visível. Em relação aos fotocatalisadores a base de Ag, foram obtidas partículas com boa distribuição de tamanho e morfologias associadas a cristais octaédricos de Ag2O, bastões de Ag2CO3, poliedros de Ag3PO4, bem como partículas multifacetas de Ag2CrO4. Os resultados indicaram que estes fotocatalisadores apresentaram elevada eficiência na fotodecomposição do fenol. Dentre eles, o Ag2O e o Ag3PO4 foram mais efetivos na remoção do poluente, com eficiência de 90% em apenas 2 horas de tratamento. Adicionalmente, avaliou-se a formação de radicais hidroxila durante a reação de oxidação, por meio da técnica da fotoluminescência utilizando a cumarina (COU) como uma molécula sonda. Como resultado foi observado que, com exceção do TiO2 puro,não houve formação da 7-hidroxicumarina (7HC) como produto fluorescente da reação da cumarina com os radicais &#8226;OH. Além disso, estes fotocatalisadores foram avaliados em relação à estabilidade e desempenho catalítico no reuso. A análise dos resultados obtidos por DRX e MEV dos fotocatalisadores após o uso em estudo fotocatalítico de degradação mostrou que houve a formação de prata metálica na estrutura dos mesmos. No entanto, os fotocatalisadores Ag2O e Ag2CO3 revelaram um aumento na atividade fotocatalítica após o reciclo catalítico, sugerindo que a modificação da estrutura contribuiu positivamente na eficiência da degradação do fenol.In this, work it is reported the study of phenol degradation by heterogeneous photocatalysis process using TiO2-based and Ag-based photocatalysts materials, irradiated by visible light. TiO2-based catalysts were modified with Ag2O and Ag3PO4 and prepared by the alkaline hydrothermal treatment of commercial TiO2, while the Ag-based materials were obtained by chemical precipitation. It was prepared the following compounds: Ag2O, Ag2CO3</sub, Ag3PO4 and Ag2CrO4. Photocatalysts characterization was made by microscopy electron scanning (SEM), x ray diffraction (XRD), physisorption N2 method, UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy and infrared spectroscopy (FT-IR). Anatase TiO2 materials showed wire-like morphology superficially modified with spherical particles of Ag2O or Ag3PO4, with high crystallinity and phase purity. The photocatalytic study found that the materials modified by Ag2O and Ag3PO4 showed better performance in phenol photodegradation than pure TiO2, with a degradation of 60% after 5 hours of irradiation by visible light. On the other hand, Ag-based catalysts exhibited particles with morphology associated to: Ag2O octahedrons crystals, Ag2CO3