Synthesis of TiO2@MOF composites for the photodegradation of organic pollutants

Abstract

A contaminação de ecossistemas com materiais tóxicos é um problema recorrente na história. Poluentes como metais pesados, materiais orgânicos, corantes industriais, lixo radioativo e solventes são comumente encontrados em vários ambientes, causando efeitos nocivos aos humanos e outras espécies. Os produtos farmacêuticos e de higiene pessoal (PPCPs) levantam preocupações relacionadas ao seu uso extensivo e ao descarte incorreto em todo o planeta, especificamente os anti-inflamatórios e drogas não esteroidais (NSAIDs), valendo citar o ibuprofeno (IBP) e o diclofenaco (DIC) como um dos principais. O uso de materiais com estrutura de poros controlada é uma alternativa eficiente para capturar e degradar esses poluentes. Através da adsorção e fotocatálise, esses compostos conseguem remover diversas espécies tóxicas presentes no solo, na água e na atmosfera. Esse trabalho avalia a capacidade de adsorção e degradação do azul de metileno (MB), IBP e DIC, usando as redes organometálicas (MOFs) HKUST-1 e MIL-100 (Al). As MOFs foram sintetizadas por meio de um tratamento hidrotérmico e posteriormente impregnadas com titânia, que é um semicondutor bem estabelecido mundialmente, devido ao seu baixo custo e à sua baixa toxicidade aliado a uma alta fotoatividade e estabilidade química. O TiO2 foi produzido pela rota sol-gel sem a presença de ácido, utilizando as MOFs como matrizes de nucleação heterogênea. A fim de avaliar a influência das nanopartículas de TiO2 nos MOFs sobre sua atividade fotocatalítica, estudos cinéticos UV-vis foram conduzidos e as constantes aparentes de primeira ordem (Kapp) foram calculadas usando o modelo cinético de Langmuir-Hinshelwood (L-H). Foi observado que o trimesato de alumínio resistiu à etapa de modificação e as nanopartículas de anatasio foram ancoradas com sucesso em sua superfície e dentro de sua estrutura de poros. Esse composto mostrou uma capacidade melhorada de degradar MB, IBP e DIC sob iluminação UVA. O trimesato de cobre, por outro lado, apresentou um colapso estrutural durante a etapa de modificação, provavelmente devido à sua fragilidade em meio rico em água. No entanto, o novo compósito experimentou um aumento em sua atividade fotocatalítica em relação ao HKUST-1, devido à presença de TiO2 cristalizado na forma de rutilo em sua superfície. Esse trabalho contribui para o conhecimento sobre a incorporação de nanopartículas semicondutoras em MOFs para aplicações fotocatalíticas.