Preparação, caracterização e atividade fotocatalítica de vidros autolimpantes

Abstract

Vidros autolimpantes são vidros especiais recobertos com uma fina camada de dióxido de titânio, que atua como fotocatalisador e modifica a afinidade com a água. O TiO2 absorve radiação no comprimento de onda da região UV, produzindo a separação de cargas (e-/h+), que permite que uma série de reações redox ocorram em sua superfície, tais como a destruição de poluentes atmosféricos ou dissolvidos na água, a inativação de microrganismos, etc. Os vidros autolimpantes disponíveis atualmente no mercado têm um efeito fotocatalítico pequeno, uma vez que somente radiação com comprimento de onda na região do UV é absorvida pelo TiO2 para ativá-lo. Por conseguinte, pesquisas estão sendo voltadas em aumentar a sensibilidade do catalisador para o espectro visível. Dentre as diferentes estratégias propostas para este fim, a dopagem do TiO2 com terras raras poderia estender a absorção de luz para a região do visível. No presente trabalho, ítrio (Y) e érbio (Er) foram dopados em dióxido de titânio em diferentes proporções e aplicados na forma de filmes finos na superfície de vidro, utilizando a metodologia dip-coating. Os fotocatalisadores foram caracterizados na forma de pó pela determinação da estabilidade térmica e cristalinidade. A atividade fotocatalítica foi verificada pela degradação do corante azul de metileno durante a exposição à radiação ultravioleta e à radiação visível, bem como na degradação de um filme de ácido oleico depositado no vidro. As características hidrofílicas foram avaliadas pela determinação do ângulo de contato superfície/água, e a atividade bactericida foi avaliada pela morte de bactérias ácido láticas. Os resultados mostraram que todos os catalisadores, dopados ou não com ítrio ou érbio, apresentam a anatase como a única fase cristalina após a calcinação em temperaturas acima de 450oC, e são termicamente estáveis a temperaturas superiores a 600oC. Todos os vidros recobertos com filmes finos de fotocatalisadores mostraram-se ativos sob luz UV e visível, e superhidrofílicos. A amostra com 0,25% de Y foi o fotocatalisador mais ativo sob luz UV na degradação do azul de metileno, seguido do catalisador dopado com 1 % de Er. Ambas as amostras exibiram atividade fotocatalítica sob luz visível na degradação do corante azul de metileno. A degradação de uma fina camada de ácido oleico depositada sobre os vidros tratados resultou na mesma ordem de atividade daquela encontrada na degradação do azul de metileno.<br>

Abstract : Self-cleaning glasses are special glasses coated with a thin layer of titanium dioxide, which acts as a photocatalyst and water affinity modification agent. Titanium dioxide absorbs radiation at UV region wavelength, producing separation of charges (e- / h +), which allows a series of redox reactions to occur on its surface, such as the destruction of pollutants in atmosphere or dissolved in water, the inactivation of microorganisms, etc. These special glasses are already in commercial scale, but the photocatalytic effect is still small, since only wavelength in UV region is absorbed by titanium dioxide (TiO2) to activate it. Therefore, research is focused on increasing the sensitivity of the catalyst to the visible spectrum. High expectation has being generated by some researchers with the doping of TiO2 with rare earth, compounds that, doped with TiO2, could extend light absorption to visible region. In the present work, two rare earth elements, yttrium (Y) and erbium (Er), were doped in titanium dioxide in different proportions. The catalysts were produced by sol-gel synthesis route and deposited on glass surface by dip-coating method. The photocatalysts were characterized by determination of thermal stability and crystallinity. The photocatalytic activity was verified by degradation of the methylene blue dye during exposure to ultraviolet and visible radiation, as well as the degradation of a film of oleic acid deposited on the glass. The hydrophilic characteristics were evaluated by the determination of surface/water contact angle, and the bactericidal activity was evaluated in the death of lactic acid bacteria. The results showed that all catalysts, doped or not with yttrium or erbium, exhibit anatase as the only crystalline phase after calcination at temperatures above 450° C and remain thermally stable even at temperatures above 600 °C. All glasses coated with photocatalyst thin films were active in ultraviolet and visible light and superhydrophilic. The sample 0.25% Y was the best photocatalyst obtained from ultraviolet exposure among doped glasses for methylene blue degradation, followed by the 1%Er doped catalyst. Both samples exhibited remarkable performance under visible light in degradation of metilene blue dye. Degradation of acid oleic thin layer deposited on treated glass resulted in same order of activity as that found in the degradation of methylene blue.