Avaliação das propriedades estruturais e fotocatalíticas de compósitos g-C3N4/ZnO/xerogel de carbono sintetizados com diferentes tipos de tanino

Abstract

RESUMO Explorou-se a influência de diferentes precursores carbonosos no desenvolvimento de fotocatalisadores g-C3N4/xerogel de carbono/ZnO. O acoplamento entre o óxido de zinco e o nitreto de carbono grafítico é adequado para impulsionar a degradação de poluentes orgânicos. A função do xerogel de carbono é melhorar a transferência de cargas e aumentar a atividade do catalisador sob radiação solar. Foram usados diferentes taninos comerciais (PHENOTAN AP, AG e BS) para avaliar o efeito do precursor carbonoso nas propriedades do compósito. O óxido de zinco possui estrutura cristalina hexagonal. A espectroscopia de reflectância difusa mostrou que os materiais absorvem radiação na região do espectro visível, sendo o material preparado com PHENOTAN AP o que apresentou maior capacidade de absorção. A análise de microscopia eletrônica de varredura mostrou que os materiais são compostos por aglomerados de partículas que tendem a esfericidade. A análise de espectroscopia de energia dispersiva, feita apenas para o material PHENOTAN AP, mostrou que os elementos que compõe o material estão homogeneamente distribuídos na matriz. Por meio da isoterma de nitrogênio, observou-se que os materiais possuem isoterma do tipo IV-H3, sendo que o material PHENOTAN AP apresentou a maior área superficial. A análise de distribuição de poros mostrou que o diâmetro de maior ocorrência se encontra entre 20 e 40 nm. Por meio da termogravimetria, observou-se o material sintetizado com PHENOTAN AP apresenta maior estabilidade térmica. Foi observado que o precursor utilizado na síntese dos compósitos influencia significativamente a atividade fotocatalítica dos materiais. O compósito que apresentou a maior eficiência na fotodegradação do 4-clorofenol sob radiação solar foi o preparado com PHENOTAN AP devido à sua capacidade de absorção de radiação superior, maior área superficial e maior volume de poros. Não houve adsorção significativa do 4-clorefenol nos materiais produzidos, assim como não foi verificada lixiviação dos fotocatalisadores ternários durante o processo.ABSTRACT The influence of different carbonaceous precursors on the development of g-C3N4/carbon xerogel/ZnO photocatalysts was explored. The coupling between zinc oxide and graphitic carbon nitride is suitable for boosting the degradation of organic pollutants. The function of carbon xerogel is to improve charge transfer and increase catalyst activity under visible radiation. Different commercial tannins (PHENOTAN AP, AG and BS) were used to evaluate the precursor effect on the composite’s properties. X-ray diffractometry showed that the materials have the hexagonal crystal structure of zinc oxide. Diffuse reflectance spectra obtained exhibited the characteristic behavior of zinc oxide (λ<420nm). Furthermore, the material prepared with PHENOTAN AP had a superior visible light absorption capacity. The scanning electron microscopy analysis showed that the materials are composed of clusters of particles similar to spheres and the materials in particle size. The dispersive energy spectroscopy analysis was performed only for the material prepared with PHENOTAN AP and evidenced that all elements are well distributed in g-C3N4/carbon xerogel/ZnO matrix. The nitrogen adsorption isotherms of the materials showed that the isotherms characteristics (type IV-H3), whereas the material synthesized with PHENOTAN AP has the largest specific surface area. The pore distribution of the materials showed that the materials had most developed porous structure, with pores ranging from 20 nm to 40 nm. Through thermogravimetry analysis it is possible to observe that the PHENOTAN AP has superior thermal stability. It was observed that the precursor used in the synthesis of composites significantly influences the photocatalytic activity of the materials. The composite with the highest photodegradation efficiency of 4-Chlorophenol under solar radiation was prepared with PHENOTAN AP, since it has a superior visible radiation absorption, greater amount of carbon, greater surface area and greater volume of pores. It is also worth noting that there was no significant adsorption of 4-chlorophenol in the materials synthesized, as well as no leaching of the photocatalysts during the process.