SINTESE E CARACTERIZAÇÃO DE UMA NANOESTRUTURA DE TITANATO DE BISMUTO PARA DEGRADAÇÃO DO CORANTE VERDE RÁPIDO

Resumo

A contaminação de águas residuárias por corantes catiônicos tem sido foco de atenção nas indústrias têxtil e alimentícia, como a Rodamina B (RhB) e Verde Rápido (VR) gerando problemas ambientais, como o desequilíbrio no ecossistema marinho e uma diminuição na atividade fotossintética de microrganismos. Além disso, esses contaminantes são caracterizados por sua toxicidade, visto que possuem caráter carcinogênico, mutagênico e teratogênico, podendo causar irritação ocular, cutânea e problemas respiratórios. Deste modo, tecnologias avançadas para a remoção dos corantes orgânicos são necessárias para atender os padrões de qualidade de água, como, a adsorção, separação por membrana e fotocatálise heterogênea, proporcionando a utilização de materiais alternativos (nanocatalisadores). Assim, a nanoestrutura de titanato de bismuto (Bi12TiO20-NPs), destaca-se pelas propriedades piezoelétricas, eletro-ópticas e fotocatalíticas, devido aos defeitos intrínsecos dos sítios Ti+4 ocupados por um íon Bi3+ relacionado a um buraco (h+) de condução tipo p. Além disso, nanopartículas (NPs) metálicas com titânio e bismuto apresentam menores valores de ecotoxicidade contra organismos águaticos e terrestres comparado com outras NPs. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar uma nanoestrutura metálica (Bi12TiO20-NPs) para fotodegradação do corante verde rápido no tratamento de águas residuárias, por meio da fotocatálise heterogênea, sob radiação visível. O uso do titanato de bismuto se dá devido o Eg do titânio ser 3.3, e ao adicionar o bismuto o Eg diminui. A nanoestrutura foi sintetizada pro meio do método de biossíntese utilizando 0,1 g.mL-1 de extrato de melissa (Melissa officinalis), com 0,3 mol -1 de isopropóxido de titânio IV (Ti[OCH(CH3)2]4) e 0,3 mol -1 de subnitrato de bismuto (Bi5O(OH)9(NO3)4). Assim, Bi12TiO20-NPs foi caracterizada por difração de raios X (DRX), para mensuração das possíveis fases e planos cristalinos; e potencial zeta (PZ), com finalidade de determinar a carga superficial. O ensaio de fotodegradação (em buteladas) do corante VR consistiu em coletar alíquotas em tempos pré-determinados (0, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 150, 180), sob radiação visível, avaliando parâmetros cinéticos do processo da catalise heterogênea, pelo modelo de Langmuir-Hinshelwood. A nanoestrutura (Bi12TiO20-NPs) apresentou picos centrados da fase perovskita (Bi4Ti3O12) com planos 2θ a 22,94° (080), 23,25° (111), 25,92° (151), 28,81 (171), 30,09° (176), 32,85° (200), 46,64° (202), 47,02° (153) e 52,95° (042); e fase sphaerobismoite (Bi2O3) com picos e planos cristalinos em 27.94° (201), 31.72° (002), 32.70° (220), 46.20° (222) e 57.74° (402) com tamanho médio de cristalito em ambas as fases em torno de 27-30 nm, assim, confirmando a biossíntese do titanato de bismuto. Em relação ao potencial eletrostático, apresentou carga negativa -0,32 ± 0,02 mV indicando uma compatibilidade de cargas com o VR (catiônico), promovendo uma maior difusão e transferência de massa do adsorvente para a superfície do adsorvente. Sobre o ensaio de fotodegradação, Bi4Ti3O12 apresentou 65,85% de degradação do verde rápido nas condições de [VR] = 30 mg.L-1, [Bi12TiO20-NPs] = 1 g.L-1, pH = 7 e T = 25 ± 1 °C com uma velocidade específica da reação de pseudo-primeira ordem (k= 0,0053 min-1). Por conseguinte, foi verificado a síntese do sintetizar o nanocatalisador Bi12TiO20-NPs por meio da biossíntese utilizando extrato de melissa, com potencial aplicação na remoção de corantes alimentícios, correlacionando as temáticas sustentabilidade, síntese verde e nanotecnologia.