Redução fotocatalítica de nitrato utilizando catalisadores mono e bimetálicos suportados em nanofios de dióxido de titânio e dióxido de titânio dopado com nitrogênio e carbono

Resumo

O nitrato é um dos compostos mais comumente encontrado em cursos d’água devido à infinidade e diversidade de fontes existentes, sejam naturais ou antrópicas. Seu excesso pode levar a diversos prejuízos a saúde e ao meio ambiente, contudo formas baratas e eficientes de tratamento de águas contaminadas com nitrato ainda não são uma realidade. Uma das formas de remediação de aquíferos ou fontes de água contaminadas com nitrato ou nitrito, que pode agregar baixo custo e eficiência, é a utilização da fotocatálise, a qual usa radiação ultravioleta (UV) ou visível como fonte energética para a degradação de nitrato e também de nitrito. Focando nesta forma de tratamento, sintetizou-se novos fotocatalisadores para a redução de espécies nitrogenadas como o nitrato e o nitrito a nitrogênio molecular. Foram utilizados para suportar os catalisadores mono e bimetálicos dois materiais diferentes, nanofios (Nfios) de dióxido de titânio (TiO₂) e dióxido de titânio dopado com nitrogênio e carbono (NCTiO₂). Os metais foram depositados na superfície dos suportes pelo método da impregnação. A prata (Ag) e o paládio (Pd) foram utilizados para produzir os catalisadores monometálicos, já os bimetálicos foram obtidos pela deposição do cobre (Cu) e do estanho (Sn) aos primeiros. Os testes fotocatalíticos foram realizados com solução de nitrato de potássio e de ácido fórmico (doador de elétrons) preparada em laboratório, sob fluxo de nitrogênio, com temperatura controlada, fazendo uso de uma fonte de radiação UV. Tanto o suporte Nfios como os catalisadores mono e bimetálicos nele suportados não obtiveram resultados comparáveis ao seu precursor P25, a impregnação metálica praticamente não melhorou a atividade fotocatalítica do material. O suporte NCTiO₂ se mostrou muito efetivo para a redução fotocatalítica de nitrato, com resultados similares ao de seu precursor (Degussa P25, 80% anatase, 20% rutilo). A deposição metálica de 5% de Pd e 2% de Sn em relação à massa total no NCTiO₂ levou a degradação completa do nitrato inicial três horas antes que o melhor resultado encontrado com o P25 (P25-Ag1%), e seletividade a N₂ de 97%, a maior dentre os catalisadores estudados. A influência da concentração do doador de elétrons da reação (ácido fórmico), da fonte de radiação e a importância da ativação do catalisador com H₂ antes do ensaio foram observadas. A capacidade de reconstituição dos sítios ativos redutores de nitrato e nitrito do catalisador também foi avaliada, o qual se manteve ativo e com alta seletividade a N₂ após ser reutilizado cinco vezes.