Desenvolvimento e avaliação de heterojunções semicondutor/ZnO/xerogel de carbono na fotodegradação de 4-clorofenol em reator de leito fluidizado e em reator em batelada

Resumo

Neste projeto, pretende-se explorar o desenvolvimento de fotocatalisadores híbridos semicondutor/ZnO/xerogel de carbono, visando aumentar a eficiência quântica do processo de degradação de poluentes orgânicos, sendo esta, a maior inovação tecnológica, considerando que o efeito catalítico deste sistema ternário nunca foi estudado na literatura. O ZnO foi escolhido por possuir elevado desempenho na descontaminação de efluentes aquosos, devido a sua eficiente geração de H2O2, maiores taxas de reação e mineralização, maior numero de sítios ativos e alta reatividade superficial. Contudo, sua absorção de radiação na região visível é limitada e o tempo de recombinação das cargas fotogeradas é baixo, ocasionando uma baixa eficiência fotocatalítica. Com isso, para melhorar a eficiência do ZnO tem-se que intensificar a excitação do semicondutor sob irradiação visível e diminuir a recombinação do par h+/e-. Uma maneira eficaz de aumentar sua fototividade é acoplá-lo a outro semicondutor por meio de heterojunções do tipo II ou de esquema Z. Nestes tipos de heterojunções, o potencial das bandas de condução e de valência dos semicondutores são diferentes, promovendo a transferência de carga fotogenerada entre eles, aumentando o tempo de recombinação e, consequentemente, a atividade fotocatalítica do material. No caso deste projeto, o semicondutor a ser acoplado ao ZnO deverá possuir banda condução (BC) mais negativa do que a do material supracitado, sendo o ZnS e o g-C3N4 selecionados para tal fim. No entanto, estes sistemas binários possuem área superficial e tempos de recombinação baixos, o que reduz substancialmente suas atividades fotocatalíticas. Adicionalmente, o problema da baixa área superficial será suprimido pelo acoplamento do (g-C3N4 ou ZnS)/ZnO com xerogel de carbono (XC), pois este apresenta excelente condutividade elétrica, elevada área superficial e porosidade, além de sua estrutura porosa ser facilmente manipulada por modificações nos parâmetros de síntese. Será usado tanino ao invés de resorcinol como precursor do XC, o que irá diminuir os custos e impactos ambientais, além de acrescentar valor à inovação tecnológica proposta. A espectroscopia por refletância difusa será a técnica empregada para determinação da energia de gap das amostras e da quantidade de poluente orgânico persistente adsorvido nas mesmas. A morfologia, a análise elementar, e a estrutura cristalina dos materiais obtidos serão determinadas por microscopia eletrônica de varredura, espectrômetria de energia dispersiva, e difratometria de raios X, respectivamente. A ação fotocatalítica do material será avaliada através da decomposição de 4-clorofenol em reator em batelada e reator de leito fluidizado. (AU)