Magnetic heterostructures of NiFe2O4 and TiO2 for photocatalytic decontamination of arsenic in aqueous medium

Autor: Borges, Giulia Caroline de Cristo
Přispěvatelé: Brackmann, Rodrigo, Zorel Junior, Henrique Emilio, Souza, Eder Carlos Ferreira de, Lenzi, Giane Gonçalves, Angelo, Liliam Cristina
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
Popis: As ações antropogênicas vêm aumentando a concentração de poluentes nos corpos hídricos, tais como o Arsênio (As) com potencial tóxico e carcinogênico,trazendo consigo a necessidade de desenvolvimento de novas formas de tratamento para os corpos poluídos. O As pode ser liberado no ambiente por meio de resíduos industriais , de mineração e pelo uso de pesticidas.Uma alternativa que vem se mostrando eficaz para o tratamento de água e efluentes são os Processos Oxidativos Avançados (POA’s), dentre os quais se destaca a fotocatálise heterogênea,que se baseian o processo de ativação de um fotocatalisador por radiação,gerando radicais hidroxila com elevado poder oxidante, podendo remover, do meio aquoso, diversos compostos orgânicos e inorgânicos. O dióxido de titânio (TiO2)é o fotocatalisador mais empregado em função de suas características intrínsecas, no entanto esse semicondutor apresenta limitações de uso devido ao fato de ser ativado somente por radiação ultravioleta (elevada energia de band gap) e pela dificuldade de sua separação do meio reacional após os testes fotocatalíticos. Buscando-se contornar essas limitações,pode-se associar o TiO2com outros semicondutores que diminuam a energia de band gap do fotocatalisador e que facilitem a sua remoção do meio reacional após as reações. Uma classe de compostos magnéticos que contemplam essas características são as ferritas. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi sintetizar fotocatalisadores contendo um núcleo de ferrita de níquel (NiFe2O4) e uma casca de TiO2, formando as estruturas core shellNiFe2O4@TiO2para emprego na descontaminação de As (III) em meio aquoso. Os fotocatalisadores foram preparados por duas metodologias (método dos precursores poliméricos e coprecipitação de 8-hidroxiquinolinatos) e calcinados em três temperaturas (500, 700 e 900 °C). As amostras sintetizadas apresentaram diferentes fases cristalinas: NiFe2O4, α-Fe2O3, NiO e as formas alotrópicas do TiO2(anatase e rutilo). A amostra preparada por coprecipitação e calcinada a 900 °C ainda apresentou a fase Fe2TiO5.As amostras obtidas por ambas as metodologias de síntese apresentaram partículas formadas por aglomerados de grânulos em que o recobrimento da NiFe2O4por TiO2nãofoi totalmente homogêneo. Algumas regiões das amostras apresentaram partículas deNiFe2O4e TiO2segregadas.Os valores de band gap estimados para todas as amostras foram inferiores aos reportados para o TiO2na literatura, o que evidencia que a associação do TiO2com as nanopartículas de NiFe2O4é uma estratégia interessante para a diminuição do valor de band gap do TiO2e consequentemente para a ampliação do espectro de absorção de energia pelo semicondutor. A amostra sintetizada pelo método dos precursores poliméricos e calcinada a 700 °C foi a que apresentou melhor desempenho na oxidação fotocatalítica de As (III) em meio aquoso, resultando na oxidação de 97,5%da espécie após 80 min de reação sob radiação visível, o que pode ser associado com o melhor recobrimento das partículas de NiFe2O4 pelo TiO2, maior teor de ferrita de níquel em relação aos óxidos simples de α-Fe2O3e NiO, presença de ambos os polimorfos do TiO2(anatase e rutilo) em teores consideráveis e menor valor de energia de band gap. Anthropogenic actions have been increasing the concentration of pollutants in water bodies, such as Arsenic (As) with toxic and carcinogenic potential, bringing with it the need to develop new forms of treatment for polluted bodies.Arsenic can be released into the environment through industrial waste, mining and pesticide use.Analternative that has been shown to be effective for waterand wastewater treatment are the Advanced Oxidative Processes (AOP's), amongwhich stands out the heterogeneous photocatalysis, which is based on the process of activation of a photocatalyst by radiation, generating hydroxyl radicals with high oxidizing power, being able to remove, from the aqueous medium, several organic and inorganic compounds. Titanium dioxide (TiO2) isthe most commonly used photocatalyst due to its intrinsic characteristics, however this semiconductor has limitations in use due to the fact that it is activated only by ultraviolet radiation (high band gap energy) and the difficulty of separating it from the reaction medium after photocatalytic tests. In order to overcome these limitations, TiO2can be associated with other semiconductors that reduce the band gap energy of the photocatalyst and facilitate its removal from the reaction medium after reactions.A class of magnetic compounds that contemplate these characteristics aretheferrites. In this context, the objective of this work was to synthesize photocatalysts containing a core of nickel ferrite (NiFe2O4) and a TiO2shell, forming the NiFe2O4@TiO2core shell structures for use in the decontamination of As (III) in aqueous medium. The photocatalysts were prepared by two methodologies (polymeric precursor method and co-precipitationof 8-hydroxyquinolinates) and calcined at three temperatures (500, 700 and 900 °C).The synthesized samples presented different crystalline phases: NiFe2O4, α-Fe2O3, NiO and the allotropic forms of TiO2(anatase and rutile).The sample prepared by co-precipitation and calcined at 900 °C still presented the Fe2TiO5phase. The samplesobtained by both methodologies presented particles formed by agglomerates ofgranules in which the NiFe2O4coating by TiO2 was not completely homogeneous. Some regions of the samples showed segregated NiFe2O4 and TiO2 particles. The estimated band gap values for all the samples were lower than those reportedin the literaturefor TiO2, which shows that the association of TiO2 with NiFe2O4 nanoparticles is an interesting strategy for reducing the TiO2 band gap value and consequently for the expansion of the energy absorption spectrum by the semiconductor.The sample synthesized by the polymeric precursor method and calcined at 700 °C showed the best performance in the photocatalytic oxidationof As (III) in aqueous media, resulting in the removal of 97.5% of the species after 80 min of reaction under visible radiation, which can be associated with the better coating of NiFe2O4particles by TiO2, higher nickel ferrite content in relation to theof α-Fe2O3and NiO simple oxides, the presence of both TiO2polymorphs (anatase and rutile) in considerable levels and lower band gap energy value.
Databáze: OpenAIRE
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