Fotodegradação do corante AM utilizando os catalisadores

Os catalisadores do Tipo B1 foram utilizados na fotodegradação do corante AM. A concentração inicial de AM foi de 1,0×10-5 _{mol L}-1 _{enquanto a concentração dos catalisadores} B1 foi de 0,2 g L-1_{. Com o intuito de comparar a atividade catalítica dos catalisadores} plasmônicos, realizaram-se processos de fotodegradação na presença de ZnO(1) puro, bem

como na ausência de catalisadores (fotólise). As curvas da razão A/A0 em função do tempo de irradiação em minutos estão apresentadas na Figura 52.

Figura 52 - Gráficos de A∕A0 vs t para o monitoramento do processo de fotodegradação do corante AM utilizando os catalisadores plasmônicos do tipo B1, ZnO(1) puro e fotólise.

Fonte: Elaborado pela autora (2020).

A) Fotólise e Fotodegradação (B1(0) e B1(5)) utilizando lâmpada de LED de 1250 lumens; B) Fotólise e Fotodegradação (ZnO(1) e B1(10)) utilizando lâmpada de LED de 1350 lumens.

Para os resultados da Figura 52, tem-se que um dos processos de fotólise e degradação na presença de B1(0) (até 22 horas de irradiação) e B1(5) foram realizados utilizando lâmpada de LED de 15W e 1250 lumens (Figura 52A). Porém, a lâmpada queimou durante o processo para B1(0) como catalisador. Como não foi encontrada lâmpada similar, foi utilizada lâmpada com mesma potência e mesmo fabricante, porém com 1350 lumens de incidência luminosa. Quanto maior o número de lumens de uma fonte luminosa, maior a quantidade de luz emitida em todas as direções. Dessa forma os resultados foram divididos de forma que pudessem ser comparáveis. Na Figura 52A têm-se os processos sob incidência da lâmpada de 1250 lumens, até 17 horas de irradiação (antes da lâmpada queimar): Fotólise, B1(0) e B1(5). Já na Figura 52B estão os processos sob incidência da lâmpada de 1350 lumens, até 24 horas de irradiação: Fotólise, B1(10) e ZnO(1).

Através dos resultados expostos na Figura 52, nota-se que o corante A M apresentou 59% de fotodecomposição na ausência de fotocatalisador, sob incidência da lâmpada de 1350 lumens (Figura 52B), contra apenas 14% para a de 1250 lumens (Figura 52A). Esse comportamento é permeado por duas questões. Primeiramente, a maior quantidade de lumens influenciou na taxa de fotodecomposição do corante, tendo em vista que, quanto maior foi a

quantidade de luz emitida, maior foi a porcentagem de moléculas fotodecompostas. Outra questão crucial são fatores fotoquímicos relacionados ao corante que podem estar interferindo na avaliação da atividade fotocatalítica. Ocorrem transições eletrônicas do próprio corante devido á incidência de irradiação que, juntamente com oxigênio dissolvido no meio, acarreta na redução da [AM], gerando a espécie incolor leuco-azul de metileno (NICOLAI, et al., 2002)(BOERIGTER et al., 2016). Essa fotoabsorção do corante gerou dúvidas na comunidade científica a respeito da sua utilização em processo de fotodegradação (YAN et al., 2006), tornando-o potencial molécula fotossensibilizadora em processos fotoquímicos no visível (NADEEM; SAEED, 2017). Contudo, o comportamento fotoquímico do AM na presença de diferentes catalisadores plasmônicos, pode indicar como o metal plasmônico influencia nas transferências de carga e na atividade fotocatalítica. Desse modo, é válido discutir comparativamente os resultados obtidos para cada fotocatalisador, respeitando os parâmetros experimentais.

De maneira similar ao ocorrido para a fotólise do corante, a utilização de lâmpada com maior número de lumens pode ter contribuído para maior eficiência catalítica observada para ZnO(1) e para o catalisador plasmônico B1(10), quando comparado com os processos da Figura 21A. Tendo em vista a pequena quantidade de amostra obtida na síntese dos catalisadores B1, não foi possível realizar novos testes de fotodegradação com a mesma lâmpada. Porém, considerando os processos que podem ser comparados, nota-se que, sob incidência da lâmpada de 1250 lumens os catalisadores plasmônicos apresentaram taxa de fotodegradação mais pronunciada do que a fotólise do corante. O catalisador com maior concentração de nanopartículas de prata fotodegradou cerca de 38% das moléculas de AM após 17 horas de irradiação, apresentando desempenho 2 vezes maior do que o catalisador plasmônico B1(5), que fotodegradou 19% das moléculas.

Avaliando os resultados para os processos sob incidência do LED de 1350 lumens, nota-se que a fotólise foi mais pronunciada do que o processo na presença de ZnO(1). Esse fato pode ter ocorrido devido à absorção de luz pelo semicondutor devido aos defeitos e vacâncias de oxigênio, tornando a fotoabsorção do próprio AM menos eficiente. Por outro lado, na presença do catalisador B1(10) o processo de fotodegradação atingiu o valor de 0,31 para a razão A/A0, indicando que cerca de 69% das moléculas de AM foram fotodegradadas. Nesse caso, a presença da prata metálica intensificou a fotodegradação do corante sob incidência de luz visível, quando comparado com o processo na presença apenas do semicondutor. A nanopartícula plasmônica pode ter auxiliado de forma efetiva na separação de cargas do fotocatalisador como um todo, promovendo geração efetiva de espécies reativas, responsáveis

pelas reações de oxidação e redução do corante, fotodegradando 10% de moléculas a mais do que a fotólise.

Tendo em vista que os processos sob incidência do LED de 1350 lumens foram mais eficientes, os espectros UV-VIS das alíquotas dos processos de fotólise e fotodegradação estão apresentados na Figura 53. Os espectros obtidos das alíquotas do AM degradado utilizando a lâmpada de 1250 lumens estão disponíveis na Figura B1, do Apêndice B. Os espectros das alíquotas para os três processos da Figura 53 apresentam queda nas bandas em 664 e 613 nm (atribuídas às transições eletrônicas em monômero e dímero, respectivamente), porém não apresentam alterações no perfil espectral que possibilitem identificar mudanças na estrutura eletrônica devido à formação de possíveis produtos e intermediários. Para os espectros na Figura B1, do Apêndice B, nota-se a sutil queda dessas bandas, devido à baixa eficiência de fotodegradação sob incidência do LED de 1250 lumens.

Figura 53 - Espectros UV-VIS para as alíquotas da fotólise e fotodgradação do corante AM na presença de ZnO(1) e B1(10).

Fonte: Elaborado pela autora (2020).

A) Fotólise sob LED de 1350 lumens; B) Fotodegradação na presença de ZnO(1); C) Fotodegradação na presença do catalisador plasmônico B1(10).

Levando em consideração os obstáculos experimentais com a fonte de radiação, a pequena quantidade de amostra e a ausência de alteração no perfil espectral UV-VIS das alíquotas, não foram realizadas medidas de espectroscopia Raman para o monitoramento dos processos. Além disso, as peculiaridades da fotoquímica do corante AM trazem à tona a necessidade de utilizar outros corantes como molécula de prova, que não apresentem fotólise pronunciada, a fim de avaliar a real eficiência dos fotocatalisadores. Em decorrência dos problemas com a lâmpada e a pouca quantidade de amostra dos catalisadores B1, não foi possível realizar novos processos de fotodegradação, com outros corantes. Um estudo mais aprofundado, com diferentes corantes, mesma fonte de irradiação e quantidade adequada de

catalisadores com diferentes concentrações de prata se fez necessária para melhor avaliação e monitoramento da atividade catalítica. Dentro desse contexto, os resultados para o catalisador B2 serão apresentados e discutidos na seção 5.2.3.

5.2.3 Fotodegradação do corante RB5, MB e CV utilizando os catalisadores Ag/ZnO