Filmes compósitos de polihidroxibutirato-cohidroxivalerato aplicados à fotocatálise heterogênea

Abstract

A Fotocatálise Heterogênea é uma das alternativas para o tratamento de águas contaminadas com espécies químicas recalcitrantes e esse processo, usando o fotocatalisador em suspensão, tem sido muito estudado. No entanto, a recuperação das partículas de catalisador após o seu uso o onera demasiadamente, constituindo um obstáculo para que seja empregado em larga escala. A imobilização do fotocatalisador é uma possível solução para esse problema e os suportes poliméricos são interessantes devido à versatilidade desses materiais. O presente trabalho tem por objetivo sintetizar filmes compósitos ambientalmente amigáveis, usando uma matriz polimérica e semicondutores, para serem aplicados no tratamento de águas contaminadas por meio da fotocatálise heterogênea. Para isto, um polímero proveniente de fonte renovável e biodegradável foi escolhido, o polihidroxibutirato-co-hidroxivalerato (PHBV). Como a grande maioria dos trabalhos previamente publicados emprega clorofórmio para a solubilização do PHBV, investigou-se um solvente mais amigável ambientalmente. Para isso, calcularam-se os parâmetros de solubilidade do PHBV e construiu-se o mapa de solubilidade do polímero, incluindo cinco solventes distintos. Exceto pelo clorofórmio, dentre as substâncias avaliadas experimentalmente (acetato de etila, acetona, ácido acético, butanol), somente o ácido acético glacial foi capaz de solubilizar completamente o PHBV permitindo, simultaneamente, a formação de um filme para posterior aplicação. Na sequência, filmes compósitos de PHBV foram produzidos pela técnica de separação de fases induzida pelo uso de não-solvente (NIPS) utilizando água como não-solvente. Por fim, estudou-se a imobilização dos fotocatalisadores dióxido de titânio (TiO2), óxido de zinco (ZnO) e bismutato de sódio (NaBiO3) em filmes de PHBV. O emprego de compósitos de PHBV/TiO2 resultou na degradação, em 90 minutos sob radiação solar e em solução aquosa, de aproximadamente 72% do azul de metileno (concentração inicial de 12 mg L-1) e 18% de fenol (concentração inicial de 50 mg L-1). Além disso, verificouse que a imersão dos compósitos de PHBV/TiO2 em solução de NaOH aumenta a sua hidrofilicidade e os torna negativamente carregados. Quando mantidos sob radiação visível durante 90 minutos, compósitos de PHBV/NaBiO3, preparados por deposição do semicondutor, degradaram cerca de 80% do azul de metileno (12 mg L-1) e 42% do fenol (50 mg L-1). Os resultados demonstram a potencial aplicabilidade dos compósitos para o tratamento de águas por meio da fotocatálise heterogênea.

Heterogeneous Photocatalysis is one of the alternatives for the treatment of contaminated water containing recalcitrant species and this process, using the photocatalyst in suspension, has been extensively studied. However, the recovery of catalyst particles after their use is too burdensome, constituting an obstacle to its use on a large scale. Photocatalyst immobilization is a possible solution to this problem and polymeric supports are an interesting alternative due to the versatility of these materials. This work aims to synthesize environmentally friendly composite films, using a polymer matrix and semiconductors, to be applied in the treatment of contaminated water through heterogeneous photocatalysis. Thus, a polymer from a renewable and biodegradable source was chosen, the poly (hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV). Since most of the published works employ chloroform to solubilize PHBV, a more environmentallyfriendly solvent was investigated. Thus, the solubility parameters of PHBV were calculated and the solubility map of the polymer was constructed including five different solvents. Except for chloroform, among the substances experimentally evaluated (ethyl acetate, acetone, acetic acid, butanol), only glacial acetic acid was able to completely solubilize the PHBV, simultaneously allowing the formation of a film for subsequent application. Next, composite films of PHBV were produced by the non-solvent induced phase separation technique (NIPS) using water as a non-solvent. Finally, the immobilization of titanium dioxide (TiO2), zinc oxide (ZnO), and sodium bismuthate (NaBiO3) photocatalysts in PHBV films was studied. The use of PHBV/TiO2 composites resulted in the degradation, in 90 minutes under solar radiation and in aqueous solution, of approximately 72% of methylene blue (initial concentration of 12 mg L-1) and 18% of phenol (initial concentration of 50 mg L-1). Furthermore, it was found that immersion of PHBV/TiO2 composites in NaOH solution increases their hydrophilicity and makes them negatively charged. When kept under visible radiation for 90 minutes, PHBV/NaBiO3 composites, prepared by semiconductor deposition, degraded about 80% of the methylene blue (12 mg L-1) and 42% of the phenol (50 mg L-1). The results demonstrate the potential applicability of these composites for water treatment through heterogeneous photocatalysis.