Síntese e avaliação da atividade fotocatalítica de catalisadores de dióxido de titânico dopados com óxido de cério

Abstract

Um dos principais processos oxidativos avançados para o tratamento de efluentes é a fotocatálise heterogênea. A recombinação elétron/lacuna é um dos fatores limitantes da velocidade de reações fotocatalíticas, o que reduz a eficiência quântica e tem limitado o uso desta tecnologia no tratamento de águas e efluentes líquidos. A dopagem do dióxido de titânio com metais e/ou não metais tem sido proposta como uma forma eficiente de impedir a recombinação e acelerar as reações de oxidação fotocatalítica, mas este é assunto que motiva muitas discussões entre os pesquisadores. Neste trabalho, foram preparados e caracterizados fotocatalisadores de TiO2 dopados com cério pelo método de impregnação a úmido, os quais foram avaliados por meio de cinéticas de degradação do azul de metileno e suas caracterizações foram feitas por meio das técnicas de Difração de Raio-X (DRX), Termogravimetria (TGA), Espectroscopia Raman, Espectroscopia de Refletância Difusa UV-Vis, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Área BET. Para o fotocatalisador contendo 0,05% de cério, o tamanho de cristalito aumentou quando a temperatura de calcinação até 600°C. As energias de band-gap dos fotocatalisadores dopados com cério tiveram uma pequena diminuição em relação ao TiO2 P25. Na cinética de degradação do azul de metileno, pode se observar que a medida que aumenta a concentração de cério na amostra, ocorre uma diminuição da atividade fotocatalítica. Os resultados mostraram que a atividade fotocatalítica dos catalisadores dopados diminui com o aumento da quantidade de cério na amostra, e é resultado das modificações cristalinas e texturais que ocorrem quando o sólido é submetido aos diferentes tratamentos térmicos.<br>

Abstract : Heterogeneous photocatalysis is one of the main advanced oxidation processes for the treatment of effluents. The electron/vacancy recombination has been discussed as an important limiting factor to achieve high photonic efficiency, and inhibits the use of this technology to treat industrial wastewater in large scale. The doping of titanium dioxide has been proposed as an efficient way to prevent recombination and accelerate the photocatalytic oxidation reactions but there is no consensus about the metal doping. In this work, TiO2 photocatalysts doped with cerium were prepared by wet impregnation, characterized and used to degrade an organic compound in liquid phase Different cerium content and temperature of calcination were used to sintetize doped photocatalysts. The photocatalytic activity was determined by the decolorization of methylene blue in aqueous suspension under UV irradiation. The samples were characterized by determining the BET surface area, crystallinity thermal behavior, Raman Spectroscopy, UV-Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy, and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results showed that the increase of cerium contente on the solid produces less photoactive photocatalysts. For the photocatalyst with 0.05% cerium the crystallite size increased from 2.76 Å to 4.12 Å when the calcination temperature was 600 °C. However for lower temperatures can be observed that the cerium had protective effect in crystallinity of TiO2. The band-gap energy of photocatalysts did not change as the cerium content was increased. The photocatalytic activity to degrade methylene blue decreases as the cerium content increases, and it is a result of the morphologic, textural and crystalline characteristics of the solid, which depends on the thermal treatment of the samples.