Application of TiO2 thin films coated on pet by high power impulse magnetron sputtering for water treatment

Abstract

A fotocatálise solar é um processo promissor e ambientalmente sustentável de tratamento de águas e efluentes, pois utiliza os fótons da radiação solar como força motriz para o processo de degradação de poluentes. Uma das maiores dificuldades na implementação desse tipo de processo é a separação e recuperação de catalisadores na forma de pó. Nesse contexto, o uso de catalisadores imobilizados em materiais sólidos de baixo custo, tais como polímeros orgânicos, pode ser uma solução interessante. Avanços recentes no campo de engenharia de superfícies, como o processo High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS), provaram poder depositar revestimentos fotocataliticamente ativos diretamente em substratos poliméricos flexíveis (polietileno tereftalato - PET, por exemplo) em um processo de uma única etapa. Nesse sentido, este trabalho visa a aplicação de superfícies fotocatalíticas formadas for filme fino de TiO2 recoberto em folhas de PET para o tratamento solar de água contaminada com dois poluentes modelo: cafeína (estimulante do sistema nervoso central e indicadora de poluição antropogênica) e carbendazim (fungicida tóxico e recalcitrante amplamente utilizado no Brasil). O trabalho inclui a parceria com a Manchester Metropolitan University para a deposição de filme fino fotocatalítico em folhas de PET; a caracterização do material quanto a composição elementar (EDS, EELS) e propriedades cristalográficas (Raman), morfológicas (MEV, MET, AFM), texturais (MEV, MET, AFM), ópticas (transmitância UV-Vis) e tribológicas (profilometria e hidrofilicidade); o teste das propriedades fotocatalíticas das superfícies contra poluentes modelo em escala de bancada utilizando reator UV-A/Vis e simulador de irradiação solar; e o estudo da integração dos materiais fotocatalíticos em reatores de tratamento de água em escala semi-piloto (CPC e RPR). Os resultados obtidos indicam que as superfícies fotocatalíticas, na presença de um fotossensitizante natural (cúrcuma), foram capazes de minimizar a concentração dos contaminantes de preocupação emergente (cafeína e carbendazim) em até 40% em soluções aquosas e que a superfície catalítica pode ser reutilizada mantendo sua atividade fotocatalítica constante. Os resultados também mostraram uma mineralização de matéria orgânica de até 79% e a redução da toxicidade aguda para Aliivibrio fischeri de soluções de poluentes tratadas, o que descarta a possibilidade de formação de sub-produtos de degradação mais tóxico do que os poluentes originais. Além disso, o estudo de espécies radicalares de oxigênio mostrou a prevalência da lacuna eletrogerada (h+) no processo fotocatalítico puro enquanto no processo com fotossensitizante o radical superóxido (•O2-) se mostrou mais importante. Em conclusão, o processo de imobilização do semicondutor TiO2 em polímero PET se mostrou eficiente e o material proposto se mostrou ativo para a degradação de poluentes orgânicos recalcitrantes.