Síntese e caracterização de fotocatalisadores aplicados a desinfecção do ar de ambientes internos climatizados

Abstract

A poluição do ar em ambientes internos deve-se à presença de diferentes tipos de poluentes. Entre as diversas técnicas de tratamento do ar interno destaca-se a oxidação fotocatalítica. A oxidação fotocatalítica trata-se de um processo oxidativo avançado, caracterizando-se pela oxidação via radicais livres, como o radical hidroxila, que transforma os compostos poluentes em espécies químicas inócuas (geralmente dióxido de carbono e água). Este trabalho propôs-se a preparar e caracterizar fotocatalisadores e aplicá-los como uma alternativa para o tratamento de contaminantes presentes em ambientes internos, tais como as bactérias. Os fotocatalisadores foram sintetizados pelo método de Sol/Gel e depositados em filtros de fibra de vidro. Os fotocatalisadores foram caracterizados pela técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) e Difratometria de Raios-X (DRX). Entre os resultados obtidos nos testes de caracterização o fotocatalisador sintetizado com concentração de 0,4 M de TiO2 e pelo Método de Deposição e Calcinação 1, revelou que nessas condições obtém-se a melhor dispersão e aderência do TiO2 no suporte e, por esse motivo, foi selecionado para os testes de desinfecção. O fotocatalisador comercial P25 também foi utilizado para os testes de desinfecção e foi preparado na mesma concentração e mesmo método de deposição e calcinação selecionados para fins de comparação. Para realização desses testes, foi utilizada a bactéria do gênero Escherichia coli e uma unidade piloto, que consistiu num duto com recirculação de ar, realizada por um ventilador. Resumidamente, o funcionamento da instalação consistiu em pulverizar um cultivo de bactérias de E. Coli, através de um nebulizador, no interior do duto. O piloto continha quatro lâmpadas ultravioleta dispostas perpendicularmente à passagem de ar, que foram ativadas em dois momentos do experimento. Um deles sem a disposição de nenhum filtro no duto, com a finalidade de identificar a eficiência de desinfecção por fotólise. Posteriormente, foram realizados os testes com o filtro com TiO2 sob irradiação UV. Os experimentos foram conduzidos em tempos de recirculação do fluxo de bactérias de dois e dez minutos. As amostras foram coletadas em placas de Petry com meio de cultura, expostas por dois minutos nos dois tempos de recirculação analisados. Essas placas foram colocadas logo após a seção onde as lâmpadas e o filtro estavam posicionados. Com a utilização do fotocatalisador escolhido, obtiveram-se valores bastante interessantes nos resultados de desinfecção de bactérias, principalmente com o tempo de recirculação de dez minutos. Um dos valores mais expressivos foi com a utilização de filtro com TiO2 e lâmpadas UV acionadas (Fotocatálise), sendo obtido um percentual de 98% de redução da concentração inicial de bactérias (sem a utilização de filtro e sem lâmpadas UV acionadas). Considerando como concentração inicial as bactérias retidas no filtro sem TiO2 e sem o acionamento das lâmpadas UV, 71% deve-se a inativação das bactérias retidas no filtro pelo fotocatalisador sintetizado através da fotocatálise. Este é um resultado bastante similar ao obtido com fotocatalisador comercial P25, ou seja, de também 71%, na inativação de bactérias retidas no filtro através da fotocatálise, após também considerar como concentração inicial as bactérias retidas no filtro sem TiO2 e sem o acionamento das lâmpadas.

Indoor air pollution due to the presence of different types of pollutants. Among the various techniques of indoor air treatment highlights the photocatalytic oxidation. The photocatalytic oxidation is an advanced oxidation process, characterized by free radical oxidation, such as the hydroxyl radical, which degrades the polluting compounds into harmless chemical species (usually carbon dioxide and water). This work aimed to prepare and characterize photocatalysts and apply them as an alternative for the treatment of indoor contaminants such as bacteria. The photocatalysts were synthesized by the method of Sol / Gel and deposited on glass fiber filters. The photocatalysts were characterized by electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD). Among the results of tests to characterize the photocatalyst synthesized with 0.4 M concentration of TiO2 and the method of deposition and an annealing revealed that under these conditions we get the better dispersion and adhesion of TiO2 in the support and for that reason, was selected for the disinfection tests. The photocatalyst P25 was also used for disinfection tests and was prepared in the same concentration and same method of deposition and annealing criteria selected for comparison. To perform these tests, we used the Escherichia coli bacteria and a pilot plant, which consisted of a recirculating air duct, made by a fan. Briefly, the operation of the installation consisted of spraying a bacterial culture of E. Coli, via a nebulizer within the duct. The pilot had four UV lamps arranged perpendicularly to the passage of air, which were activated in two stages of the experiment. One without the willingness of any filter in the pipeline, in order to identify the efficiency of disinfection by photolysis. Later, tests were performed with the filter with TiO2 under UV irradiation. The experiments were conducted in times of recirculation flow of bacteria from two and ten minutes. The samples collected by Petry plates were exposed for two minutes over two periods of recirculation analyzed. These plates were placed after the section where were positioned the lamps and the filter. With the use of photocatalyst chosen, the values obtained very interesting results in the disinfection of bacteria, especially with the recirculation time of ten minutes. One of the values was more significant with the use of filter and UV lamps activated TiO2 (Photocatalysis), and obtained a percentage of 98% reduction of the initial concentration of bacteria (without the use of lamps without UV filter and activated). Considering how the initial concentration of bacteria trapped in the filter without TiO2 and without activating the UV lamps, 71% due to inactivation of bacteria retained on the filter by photocatalyst synthesized by photocatalysis. A similar result to 71% of inactivation bacteria retained on the filter by photocatalysis, after also considering how the initial concentration of bacteria trapped in the filter without TiO2 and without activating the lights, was obtained with the commercial photocatalyst P25.