Atividade fotocatalítica de revestimentos cerâmicos recobertos com titânia suportada em metacaulinita

Abstract

O dióxido de titânio quando em contato com a radiação ultravioleta consegue decompor compostos orgânicos contaminantes reduzindo com isso os impactos da poluição ambiental. Entretanto, a utilização de dióxido de titânio em revestimentos cerâmicos para fachadas, por exemplo, enfrenta desafios devido ao tratamento térmico que esse processo exige. A titânia em altas temperaturas sofre a transformação de anatase para rutilo (TAR), uma fase cristalina com menor poder fotocatalítico. Uma alternativa estudada para atrasar a TAR é a dispersão de nanopartículas de titânia na superfície de aluminossilicatos. Assim, este trabalho visa a aplicação de titânia suportada em metacaulinita em revestimentos cerâmicos para uso em fachadas, utilizando altas temperaturas, temperaturas usuais de produção industrial em monoqueima. Foi preparado um fotocatalisador de titânia/caulinita por rota hidrolítica sol-gel e a suspensão formada aplicada diretamente sobre os revestimentos cerâmicos já queimados (esmaltados ou não). Para nível de comparação o fotocatalisador comercial (P25) foi aplicado em cima do revestimento cerâmico não esmaltado também. Em seguida, as amostras de titânia/caulinita aplicadas em revestimentos cerâmicos não esmaltados (TC), esmaltados (ETC) e o padrão com P25 (P25) foram queimados em 800, 1015, 1100 e 1185 ºC (transformando-se em titânia/metacaulinita) e a eficiência fotocatalítica foi analisada pela degradação do corante azul de metileno. A titânia suportada em metacaulinita garantiu uma grande estabilidade na eficiência fotocatalítica ao longo do aumento de temperatura. Com uma elevação de 385 °C (de 800 para 1185°C) foi observada uma queda de apenas 10,7 pontos percentuais na degradação do azul de metileno para as amostras de fotocatalisador aplicadas em revestimento cerâmico não esmaltado (TC). As amostras esmaltadas (ETC) tiveram desempenho um pouco inferior devido à presença do esmalte e base serigráfica que geram um efeito de encapsulamento nas partículas de titânia, reduzindo seu poder fotocatalítico. Todas as amostras de titânia/metacaulinita acima de 800 ºC tiveram resultados superiores ao P25. O fotocatalisador estudado apresentou eficiência significativa em temperaturas de queima industriais de revestimentos cerâmicos (1185ºC), sendo a fotodegradação do azul de metileno após 390 min de 53,92% para TC1185, 30,68% para ETC1185 e de apenas 19,05% na amostra com P25 nessa temperatura. Entretanto, as amostras esmaltadas (ETC) apresentaram uma superfície ligeiramente craquelada após a queima e as amostras não esmaltadas (TC) tiveram valores altos de adsorção, refletindo uma maior porosidade na superfície.

Abstract: When in contact with ultraviolet radiation, titanium dioxide degrades organic compounds and reduces the impacts of environmental contamination. However, the utilization of titanium dioxide in ceramic tiles to use in facades, for example, faces challenges due to the heat treatment that this process requires. Titania in high temperatures suffers an anatase-to-rutile transformation (ART). Rutile is a crystalline phase with less photocatalytic efficiency. An alternative that has been studied to delay ART is the dispersion of titania nanoparticles on aluminosilicate surfaces. In this way, this dissertation studies the application of titania supported in metakaolin on ceramic tiles to facades, using high temperatures near industrial production (single firing). A titania/kaolinite photocatalyst was prepared by the hydrolytic sol-gel route and the suspension was applied directly on the already fired ceramic tiles (glazed or not). To compare, a commercial photocatalyst (P25) was applied on top of the unglazed ceramic tiles as well. Then, the samples of titania/kaolinite applied in unglazed ceramic (TC), glazed (ETC), and the standard with P25 were fired at 800, 1015, 1100, and 1185 ºC (transforming into titania/metakaolin), and the efficiency was analyzed by photocatalytic degradation of methylene blue. The titania supported on metakaolin showed great stability in the photocatalytic efficiency along with the temperature increase. With an elevation of 385 °C (from 800 to 1185 °C) a reduction of only 10,7 percentage points in methylene blue degradation was observed for the photocatalyst samples applied to unglazed ceramic tiles (TC). The glazed samples (ETC) had an inferior result because of the glaze and the silk screen base that produces an encapsulation effect on the titania particles and reduces the photocatalytic effect. All titania/metakaolin samples above 800 ºC presented better results than that of P25. The studied photocatalyst showed significant efficiency at industrial firing temperatures of ceramic tiles (1185 ºC), and the photodegradation of methylene blue after 390 min was 53.92% for TC1185, 30.68% for ETC1185, and only 19.05% in the sample with P25 at this temperature. However, glazed samples (ETC) showed a slightly cracked surface after firing and unglazed samples (TC) had high adsorption values, reflecting a higher surface porosity.