Avaliação da atividade fotocatalítica de nanopartículas de TiO2 sintetizadas via método sol-gel utilizando acetona como co-solvente

In the present work, titanium dioxide (TiO2) nanoparticles were synthesized by sol-gel process using 50% of acetone as a co-solvent to control the hydrolysis of the titanium precursor and as a result, the photocatalytic activity. The intention is to develop and semiconductive oxide with the photocatalytic activity improved for application on photocatalytic process and also with a smaller size of the particle if compared with other materials synthesized by similar process. For the study of structural and electronic changes, different characterization techniques were applied, including X-ray diffraction (XRD) and spectroscopy by UV-Vis diffuse reflectance. X-ray diffraction revealed a crystalline catalyst with the coexistence of the anatase and broquita phases, with anatase being the predominant phase. The size of the crystallite was calculated from the Scherrer equation. The new condition of synthesis does not alter the band gap energy of oxide in relation to that observed for commercial TiO2. After the characterizations, the photocatalytic potential of oxide was evaluated by photodegradation of the nitrogen Ponceau 4R (P4R). It was observed that the discoloration kinetics for the synthesized catalyst occurs in two stages, to a kinetic constant of kdes = 35 x 103 min-1 in the first stage, and kdes = 94 x 103 min-1 in the second stage. Mineralization reached 85% in 120 minutes of reaction under UV irradiation while discoloration was 100%. The apparent kinetic constants of mineralization were kmin = 6,5 x 103 min-1 for the first phase and kmin = 18 x 103 min-1 for the second phase.FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação)Neste trabalho foram sintetizadas nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) pelo processo sol-gel utilizando 50% de acetona como co-solvente para controlar a hidrólise do precursor de titânio empregado e também a eficiência fotocatalítica. O intuito do trabalho é desenvolver um óxido semicondutor com atividade fotocatalítica melhorada e com diâmetro de partícula menor que a de outros matérias sintetizados pela mesma rota de síntese. Para o estudo das mudanças estruturais e eletrônicas foram aplicadas diferentes técnicas de caracterização, incluindo difração de raios X (DRX) e espectroscopia por reflectância difusa no UV-Vis. A difração de raios X revelou a formação de um catalisador cristalino com a coexistência das fases anatase e broquita (TiO2-50%), sendo a anatase a fase predominante. O tamanho do cristalito foi calculado a partir da equação de Scherrer. A nova condição de sínteses não altera a energia de band gap do óxido em relação àquela observada para o TiO2 comercial. Após as caracterizações, foi avaliado o potencial fotocatalítico do óxido por meio da fotodegradação do azocorante Ponceau 4R (P4R). Foi observado que a cinética de descoloração para o catalisador sintetizado ocorre em duas etapas, a uma constante cinética de kdes = 35 x 103 min-1 na primeira etapa, e kdes = 94 x 103 min-1 na segunda etapa. A mineralização alcançou 85% em 120 minutos de reação sob irradiação UV enquanto a descoloração foi de 100%. As constantes cinéticas aparentes de mineralização foram kmin = 6,5 x 103 min-1 para a primeira fase e kmin = 18 x 103 min-1 para a segunda fase