NANOPARTÍCULAS DE Fe3O4@SiO2 REVESTIDAS COM SnO2 APLICADAS À FOTODEGRADAÇÃO DO CORANTE AZUL DE REMAZOL

Abstract

RESUMO: A fotocatálise heterogênea é uma tecnologia promissora no tratamento de efluentes industriais e descontaminação ambiental. A dificuldade de recuperação de fotocatalisadores é um dos empecilhos pelos quais essa tecnologia não é aplicada em escala industrial. Diante disso, alguns sistemas utilizando nanopartículas magnéticas e semicondutores têm sido desenvolvidos e aplicados à fotocatálise. No presente trabalho foi feita a síntese de nanopartículas (NPs) de Fe3O4 pelo método da co-precipitação e a modificação destas com SiOH e SnO2 pelo método sol-gel. Variou-se a concentração do fotocatalisador (SnO2) até recobrimento superficial total. Os materiais foram calcinados em duas temperaturas (300 e 700 °C) e caracterizados por espectroscopia UV-Vis, FTIR, DRX, FRX, MEV, EDX e VSM. O espectro UV-Vis da dispersão coloidal de Fe3O4 apresentou uma banda alargada em 351 nm, enquanto os espectros dos materiais modificados apresentaram um deslocamento batocrômico para 400 nm, sugerindo o revestimento das NPs com SiOH e SnOxHy. Os espectros de FTIR do sistema Fe3O4@SiO2/SnOxHy e dos materiais calcinados a 300 e 700 °C evidenciaram os estiramentos e deformações característicos da presença de Fe3O4, SiOH e SnOxHy. Os difratogramas dos materiais Fe3O4, Fe3O4@SiOH, Fe3O4@SiO2/SnOxHy e calcinados a 300 °C apresentaram planos de difração característicos da Fe3O4 e aumento da fase amorfa nos materiais modificados com SiOH e SnOxHy. Os difratogramas dos materiais calcinados à 700 °C mostraram a presença de hematita (α-Fe2O3) e SnO2. As análises de FRX e EDX evidenciaram a saturação da superfície de Fe3O4@SiOH com SnOxHy na concentração de 0,05 mol L -1 do precursor de estanho. As imagens de MEV mostraram materiais em escala nanométrica formando aglomerados e a formação de partículas maiores de SnOxHy a partir da concentração 0,10 mol L -1 . As medidas de magnetização mostraram comportamento superparamagnético para todos os materiais sintetizados. Dentre os materiais analisados, o α-Fe2O3@SiO2/SnO2 0,40 apresentou-se como o mais promissor para aplicação em fotocatálise, promovendo a degradação de 87,3 % do corante azul de remazol após 120 min de irradiação com luz UV. ABSTRACT: Heterogeneous catalysis is a promising technology to treat industrial effluents and environmental decontamination. The difficult on photocatalysts recovery is one of the main issues that foreclose the industrial application of this technology. Systems applying magnetic nanoparticles and semiconductors have been developed and applied on photocatalysis. In this work, we synthesized Fe3O4 nanoparticles by co-precipitation method and modified them with SiOH and SnO2 by sol-gel method. Photocatalyst (SnO2) concentration was alternated until total surface coating. Materials were calcinated at two temperatures (300 o C and 700 o C) and characterized by XRD, XRF, SEM, EDX, VSM, UV-Vis and FTIR spectroscopies. UV-Vis presented a large band at 351 nm for Fe3O4 colloidal suspension while modified materials exhibited a bathochromic shift to 400 nm suggesting the coating of NPs with SiO2 and SnOxHy. FTIR spectra for the Fe3O4@SiO2/SnOxHy system and materials calcined at 300 and 700 o C evidence characteristic stretches of Fe3O4, SiOH and SnOxHy. XRD for Fe3O4, Fe3O4@SiOH, Fe3O4@SiO2/SnOxHy and material calcined at 300 o C exhibited Fe3O4 diffraction peaks and an increase on the amorphous phase for materials modified with SiOH and SnOxHy. Hematite (α-Fe2O3) and SnO2 were confirmed on XRD of materials calcinated at 700 o C. FRX and EDX analysis evidenced Fe3O4@SiOH surface saturation with 0.05 mol L -1 SnOxHy. SEM images point out to agglomerates on nanometric scale and formation of bigger SnOxHy particles from 0.10 mol L -1 . Magnetic analysis showed superparamagnetic behavior for all synthesized materials. Among all analysed materials, the α-Fe2O3@SiO2/SnO2 0.40 is the most promising material for photocatalysis application, promoting degradation of 87.3% of remazol blue dye after 120 min of UV light irradiation.