Avaliação da atividade fotocatalítica das nanoestruturas de hexaniobato de potássio após esfoliação e reempilhamento do material

Lamellar niobate K4Nb6O17 was synthesized by the solid state method and resulted in the trihydrate phase, exhibiting orthorhombic unit cell. K4Nb6O17·3H2O was protonated with HNO3 solution and then exfoliated with an expanding agent (TBAOH). The colloidal suspension obtained from the exfoliation underwent pH variation for the morphological study of the nanosheets. After adjusting the pHs, the nanosheets restacking process was performed with the desired structural characteristics (tabular or coiled). Two methods of restacking were developed in this work, with the intention of obtaining a satisfactory yield of the restack material. X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TG / DTA), absorption spectroscopy in the ultraviolet and visible (UV-Vis) region, infrared spectroscopy (FTIR), surface area analysis by BET method and scanning electron microscopy (SEM). The XRD results showed that the repopulated materials showed low organization in the long range, and peaks referring to the tabular and rolled structural morphology. The FTIR spectra of the reworked materials presented vibrational modes related to the less pronounced distorted octahedrons [NbO6]. The BET analysis indicated that the restack material had a higher surface area in relation to the initial material, and mesoporous characteristics. The methodology-2 developed in this work obtained better performance than the methodology-1, but did not maintain the desired structural characteristics. In the photocatalytic tests, the efficiency of the photocatalysts was influenced, according to: the surface area, which was not a significant parameter in the evaluation of the discoloration efficiency of C-K4RT9; the morphology of the nano-structures in nanorrolos of the material C-K4RT10, that resulted in the low photocatalytic activity due to characteristics associated with the high recombination rate of the photogenerated electron-hole pairs, as well as the shadow effect; the calcination of the C-K4RT10 repotted material, which influenced the increased discoloration efficiency, resulting from the elimination of substances (TBA+), which blocked access to the active sites present on the surface.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO niobato lamelar K4Nb6O17 foi sintetizado pelo método do estado sólido e resultou na fase trihidratada, exibindo célula unitária ortorrômbica. O K4Nb6O17·3H2O foi protonado com solução de HNO3 e depois esfoliado com um agente expansor (TBAOH). A suspensão coloidal obtida da esfoliação sofreu variação de pH para a realização do estudo morfológico das nanofolhas. Após ajuste dos pHs, foi realizado o processo de reempilhamento das nanofolhas com as características estruturais (tabular ou enrolada) desejadas. Dois métodos de reempilhamento foram desenvolvidos neste trabalho, com a intenção de obter um rendimento satisfatório do material reempilhado. As análises de caracterização dos materiais empregadas neste trabalho foram: difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TG/DTA), espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e do visível (UV-Vis), espectroscopia vibracional na região do infravermelho (FTIR), análise da área superficial pelo método de BET e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de DRX mostraram que os materiais reempilhados apresentaram baixa organização a longo alcance, e picos referentes à morfologia estrutural tabular e enrolada. Os espectros de FTIR dos materiais reempilhados apresentaram modos vibracionais referente aos octaedros distorcidos [NbO6] menos pronunciados. A análise de BET indicou que o material reempilhado apresentou maior área superficial em relação ao material inicial, e característica mesoporosa. A metodologia-2 desenvolvida neste trabalho obteve melhor rendimento que a metodologia-1, porém não manteve as características estruturais desejadas. Nos testes fotocatalíticos, a eficiência dos fotocatalisadores foi influenciada, de acordo com: a área superficial, que não foi um parâmetro significativo na avaliação da eficiência de descoloração do C-K4RT9; a morfologia das nanoestruturas em nanorrolos do material C-K4RT10, que resultou na baixa atividade fotocatalítica devido a características associada à elevada taxa de recombinação dos pares elétrons-buracos fotogerados, bem como do efeito sombra; a calcinação do material reempilhado C-K4RT10, que influenciou no aumento da eficiência de descoloração, resultante da eliminação de substancias (TBA+) que bloqueava o acesso aos sítios ativos presentes na superfície