Synthesis and superficial modification of TiO2 aiming to improve the efficiency of heterogeneous photocatalysis process on phenolic compounds treatment

Este trabalho de mestrado descreve a avaliação do emprego do TiO2, obtido por diferentes rotas de sínteses e do TiO2 P25 ambos modificados superficialmente com prata e cobre, como catalisador no processo de fotocátalise heterogênea visando a degradação de fenol e efluentes industriais, especificamente efluentes fenólicos. A deterioração dos recursos hídricos é uma das maiores preocupações da sociedade moderna. Dentre os principais responsáveis pela diminuição sistemática na qualidade dos sistemas aquáticos, destacam-se os compostos orgânicos poluentes presentes em efluentes industriais. Dentre esta vasta gama de compostos, os fenóis mostram-se especialmente deletérios ao meio ambiente, devido a sua elevada toxicidade, tendência a bioacumulação e grandes quantidades em que são gerados pelos mais diversos tipos de atividades produtivas. Este trabalho avaliou a aplicação do TiO2 sintetizado pelos métodos de sol-gel e precipitação homogênea na degradação de fenol e no tratamento de efluentes industriais fenólicos. De um modo geral, após 90 minutos de tratamento estes materiais permitiram uma redução de 90% no teor de fenol e de 30% na concentração de carbono orgânico total. Estes resultados são superiores aos obtidos empregando-se TiO¬2 P25 (material comercial mais utilizado neste tipo de processo). A aplicação destes materiais sintetizados na remediação de uma matriz real complexa (efluente industrial) também mostrou uma melhoria na redução de fenol (cerca de 16%) em comparação ao catalisador comercial. Além da síntese do TiO2, também avaliou-se a modificação da superfície das partículas deste semicondutor com prata e cobre visando mais uma vez um aumento na eficiência do processo de fotodegradação. A deposição de prata ou cobre nas partículas do TiO2 P25 promoveu um aumento na capacidade de redução média de fenol e carbono orgânico deste poluente de 15 e 45%, respectivamente. A modificação superficial do TiO2 sintetizado tanto por sol-gel quanto por precipitação homogênea gerou um aumento médio na eficiência catalítica do semicondutor de 30% na mineralização de fenol e 98% na redução da concentração inicial desta espécie. Aplicando estes catalisadores modificados no tratamento do efluente fenólico houve um aumento na mineralização de 32% e uma redução na concentração inicial de fenol de 98% do efluente fenólico. De maneira geral a síntese do TiO2 e a modificação superficial das partículas do catalisador com prata e cobre mostraram-se bastante promissoras para uma futura aplicação destes materiais na remediação de efluentes fenólicos.This work describes the evaluation of TiO2, obtained from different synthesis routs and superficially modified with silver and copper, as the catalyst in the heterogeneous photocatalysis process to promote phenol degradation and industrial effluents remediation, specifically phenolic effluents. The deterioration of water resources is one the greatest concerns of modern society. Among many responsible for the systematic decreases in the aquatic systems quality, special attention has been give to the organic pollutant compounds presents in the industrial effluents. Among this wide range compounds, the phenols have been showed many deleterious effect to the environment, especially because their high toxicity, bioaccumulation tendency and large generation by several types of productive activities. This work evaluated the application of TiO2, synthesized by sol-gel and precipitation methods, for phenol degradation and phenolic industrial effluent treatment. In general, after 90 minutes of treatment, these materials allowed to rich a reduction of 90% in the phenol content and of 30% in the total organic carbon concentration. These results were superior those obtained using TiO2 P25 (commercial material usually employed in this kind of treatment). The application of these synthesized materials in the remediation of a real complex matrix (industrial effluent) also showed an improvement in the phenol reduction (about 16%) in comparison with the commercial catalysis. Besides the TiO2 synthesis, the semiconductor surface modification with silver and copper was also evaluated aiming to increase the photodegradation process efficiency. The silver and copper deposition on TiO2 P25 particles promoted an increase of 15 and 45% in average capacity of phenol and organic carbon reduction, respectively. The superficial modification of TiO2 synthesized either for sol-gel or precipitation allowed an average improvement in the catalytic efficiency of 30% for phenol mineralization and 98% to phenol concentration reduction. It was observed an increase of 32% in the mineralization and of 98% in the phenol content reduction applying these modified catalysis in the treatment of a phenolic effluent. In general, the synthesis of TiO2 and its superficial modification with silver and copper have showed a promising alternative to allow a future application of these catalysts in the phenolic effluents remediation