Structural and photocatalytic characteristics of niobium oxyhydroxide/vermiculite – basead composite

The preparation of nanostructured materials using natural clays as support, has been studied in literature under the same are found in nature and consequently, have a low price. Generally, clays serve as supports for metal oxides by increasing the number of active sites present on the surface and can be applied for various purposes such as adsorption, catalysis and photocatalysis. Some of the materials that are currently highlighted are niobium compounds, in particular, its oxides, by its characteristics such as high acidity, rigidity, water insolubility, oxidative and photocatalytic properties. In this scenario, the study aimed preparing a composite material oxyhydroxide niobium (NbO2OH) / sodium vermiculite clay and evaluate its effectiveness with respect to the natural clay (V0) and NbO2OH. The composite was prepared by precipitation-deposition method and then characterized by X-ray diffraction, infrared spectroscopy (XRD), energy dispersive X-ray (EDS), thermal analysis (TG/DTG), scanning electron microscopy (SEM), N2 adsorption-desorption and investigation of distribution of load. The application of the material NbO2OH/V0 was divided in two steps: first through oxidation and adsorption methods, and second through photocatalytic activity using solar irradiation. Studies of adsorption, oxidation and photocatalytic oxidation monitored the percentage of color removal from the dye methylene blue (MB) by UV-Vis spectroscopy. The XRD showed a decrease in reflection d (001) clay after modification; the FTIR indicated the presence of both the clay when the oxyhydroxide niobium to present bands in 1003 cm-1 related to Si-O stretching bands and 800 cm-1 to the Nb-O stretching. The presence of niobium was also confirmed by EDS indicated that 17 % by mass amount of the metal. Thermal analysis showed thermal stability of the composite at 217 °C and micrographs showed that there was a decrease in particle size. The investigation of the surface charge of NbO2OH/V0 found that the material exhibits a heterogeneous surface with average low and high negative charges. Adsorption tests showed that the composite NbO2OH/V0 higher adsorption capacity to remove 56 % of AM, while the material removed from V0 only 13 % showed no NbO2OH and adsorptive capacity due to the formation of H-aggregates. The percent removal of dye color for the oxidation tests showed little difference from the adsorption, being 18 and 66 % removal of dye color for V0 and NbO2OH/V0 respectively. The NbO2OH/V0 material shows excellent photocatalytic activity managing to remove just 95,5 % in 180 minutes of the color of MB compared to 41,4 % and 82,2 % of V0 the NbO2OH, proving the formation of a new composite with distinct properties of its precursors.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqA preparação de novos compósitos usando argilas naturais como suporte, vem sendo estudada na literatura, em virtude das mesmas serem encontradas na natureza e como consequência, apresentarem um baixo preço. As argilas podem ser empregadas como suportes para óxidos metálicos aumentando a quantidade de sítios ativos presentes na sua superfície, e assim, podem ser aplicadas para os mais variados fins como adsorção, catálise e fotocatálise. Uns dos materiais que estam em destaque são os compostos de nióbio, em especial os óxidos, por apresentarem ótimas propriedades oxidativas e fotocatalíticas. Neste cenário, o trabalho teve como objetivo sintetizar o compósito oxihidróxido de nióbio (NbO2OH)/vermiculita, bem como avaliar sua eficácia com relação à vermiculita sódica (V0) e ao NbO2OH. O compósito foi preparado através do método de precipitação-deposição. Em seguida, foi caracterizado por difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia de absorção do infravermelho (IV), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS), análise termogravimétrica (TG/DTG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), adsorção e dessorção de N2 pelo método B.E.T e investigação da distribuição de carga. A aplicação do material NbO2OH/V0 foi dividida em duas etapas: (I) através dos métodos de adsorção e oxidação e (II) por meio da oxidação fotocatalítica usando a irradiação solar. Os estudos de adsorção, oxidação e oxidação fotocatalítica foram monitorados com relação a porcentagem de remoção da cor do corante azul de metileno (AM) através da espectroscopia de UV-Vis. Os resultados de DRX evidenciaram diminuição e alargamento na reflexão d(001) da argila após modificação, o IV indicou a presença tanto da argila quanto do oxihidróxido de nióbio ao apresentar bandas em 1003 e 800 cm-1 referentes, respectivamente, ao estiramento Si-O e Nb-O. A presença do nióbio foi confirmada também por EDS que indicou quantidade 17 % em massa do metal. A análise térmica constatou a estabilidade do compósito em 217 ºC e as micrografias mostraram que houve diminuição no tamanho das partículas da argila. A investigação da distribuição de carga do NbO2OH/V0 constatou que o material apresentou uma superfície heterogênea com cargas negativas baixa, média e elevada. O teste de adsorção mostrou que o compósito NbO2OH/V0 apresentou maior capacidade adsortiva conseguindo remover 56 % da cor do AM, enquanto o material V0 removeu apenas 13 %. O NbO2OH não apresentou capacidade adsortiva em virtude da formação de agregados-H. A porcentagem de remoção da cor do corante para os testes de oxidação apresentou pouca diferença com relação a adsorção, sendo 18 e 66 % de remoção da cor do corante para V0 e NbO2OH/V0, respectivamente. O material NbO2OH/V0 apresentou excelente atividade fotocatalítica conseguindo remover em apenas 180 minutos 95,5 % da cor do AM comparado a 41,4 % da V0 e 82,2 % do NbO2OH, comprovando a formação de um novo compósito com propriedades distintas dos seus precursores