Preparação do compósito CoFe2O4/TiO2 altamente eficiente na degradação de poluente orgânico através de foto-Fenton sob irradiação solar e visível

Autores

DOI:

https://doi.org/10.5902/2179460X88164

Palavras-chave:

Desenvolvimento de catalisadores, Rota solvotérmica, Reação fotocatalítica

Resumo

Devido à globalização e crescimento da sociedade, os corantes passaram a ser utilizados diariamente em diversos setores industriais. Estes sendo muitas vezes despejados diretamente em corpos hídricos sem nenhum tratamento prévio. Uma solução para remoção/degradação de corantes é através do foto-Fenton, na qual seu avanço tecnológico está ligado ao desenvolvimento e melhoria de catalisadores. Neste trabalho, ferrita de cobalto (CoFe2O4) foi sintetizada sobre dióxido de titânio (TiO2) e sua atividade catalítica foi avaliada na reação foto-Fenton visando a decomposição de um poluente orgânico em solução aquosa. Ferrita de cobalto foi sintetizada sobre o suporte pela rota solvotérmica. Os materiais magnéticos foram caracterizados por difração de raios-X (XRD) e adsorção/dessorção de nitrogênio. Os padrões de difração indicaram que a ferrita de cobalto foi adicionada a superfície do dióxido de titânio de maneira esparsa. Em relação a área superficial foi determinado um valor de 149.4 m² g-1 e um volume de poros equivalente a 0.291 cm³ g-1. Os catalisadores foram avaliados na degradação de corante amaranto, sob luz visível artificial e irradiação solar. O compósito produzido CoFe2O4/TiO2 apresentou satisfatória atividade catalítica, sendo superior comparado a ferrita de cobalto pura. As atividades catalíticas para ambos os materiais foram superiores, quando do uso de irradiação solar, atingindo 89% (CoFe2O4) e 100% (CoFe2O4/TiO2) de descoloração em 30 min de reação, respectivamente. Portanto, o compósito CoFe2O4/TiO2 apresenta-se como material promissor para a degradação de poluentes orgânicos em soluções aquosas por meio da reação foto-Fenton heterogênea, sob irradiação solar.

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Biografia do Autor

Guilherme Oliveira Vargas, Universidade Franciscana

Graduando em Engenharia Química pela Universidade Franciscana (UFN).

Dison Stracke Pfingsten Franco, Universidade Franciscana

Doutor em Engenharia Química pela universidade Federal de Santa Maria (UFSM). 

William Leonardo da Silva, Universidade Franciscana

Doutorado (2016) em Engenharia Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 

Jivago Schumacher de Oliveira, Universidade Franciscana

Doutorado no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química (PPGEQ) da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM).

Referências

Casbeer, E., Sharma, V. K., & Li, X. Z. (2012). Synthesis and photocatalytic activity of ferrites under visible light: A review. Separation and Purification Technology, 87, 1–14. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.11.034 DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.11.034

Chen, J., Dai, Q., Wang, J., & Chen, J. (2014). Ozonation catalyzed by cerium supported on activated carbon for the degradation of typical pharmaceutical wastewater. Separation and Purification Technology, 127, 112–120. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.01.032 DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.01.032

Costa, A. C. F. M., Vilar, M. A., Lira, H. L., Kiminami, R. H. G. A., & Gama, L. (2006). Síntese e caracterização de nanopartículas de TiO2. Cerâmica, 52(324), 255–259. https://doi.org/10.1590/s0366-69132006000400007 DOI: https://doi.org/10.1590/S0366-69132006000400007

de Oliveira, J. S., Brondani, M., Mallmann, E. S., Jahn, S. L., Foletto, E. L., & Silvestri, S. (2018). Preparation of Highly Efficient CoFe2O4/Zn2SnO4 Composite Photocatalyst for the Degradation of Rhodamine B Dye from Aqueous Solution. Water, Air, & Soil Pollution, 229(12), 386. https://doi.org/10.1007/s11270-018-4038-0 DOI: https://doi.org/10.1007/s11270-018-4038-0

Dom, R., Subasri, R., Radha, K., & Borse, P. H. (2011). Synthesis of solar active nanocrystalline ferrite, MFe2O4 (M: Ca, Zn, Mg) photocatalyst by microwave irradiation. Solid State Communications, 151(6), 470–473. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ssc.2010.12.034 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssc.2010.12.034

Du, Y., Ma, W., Liu, P., Zou, B., & Ma, J. (2016). Magnetic CoFe2O4 nanoparticles supported on titanate nanotubes (CoFe2O4/TNTs) as a novel heterogeneous catalyst for peroxymonosulfate activation and degradation of organic pollutants. Journal of Hazardous Materials, 308, 58–66. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.01.035 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.01.035

Dwyer, J., & Lant, P. (2008). Biodegradability of DOC and DON for UV/H2O2 pre-treated melanoidin based wastewater. Biochemical Engineering Journal, 42(1), 47–54. https://doi.org/10.1016/j.bej.2008.05.016 DOI: https://doi.org/10.1016/j.bej.2008.05.016

Eremeeva, N. A., Savoskina, O. A., Poddymkina, L. M., Abdulmazhidov, K. A., & Gamidov, A. G. (2023). Analysis of anthropogenic impact on the environment, measures to reduce it, and waste management. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 11(March), 1–4. https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1114422 DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1114422

Ernst, M., Lurot, F., & Schrotter, J. C. (2004). Catalytic ozonation of refractory organic model compounds in aqueous solution by aluminum oxide. Applied Catalysis B: Environmental, 47(1), 15–25. https://doi.org/10.1016/S0926-3373(03)00290-X DOI: https://doi.org/10.1016/S0926-3373(03)00290-X

Foletto, E. L., Simões, J. M., Mazutti, M. A., Jahn, S. L., Muller, E. I., Pereira, L. S. F., & Flores, E. M. D. M. (2013). Application of Zn2SnO4 photocatalyst prepared by microwave-assisted hydrothermal route in the degradation of organic pollutant under sunlight. Ceramics International, 39(4), 4569–4574. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.11.053 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.11.053

Gao, Y., Wang, Y., & Zhang, H. (2015). Removal of Rhodamine B with Fe-supported bentonite as heterogeneous photo-Fenton catalyst under visible irradiation. Applied Catalysis B: Environmental, 178, 29–36. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.11.005 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.11.005

Kovačič, Ž., Likozar, B., & Huš, M. (2022). Electronic properties of rutile and anatase TiO2 and their effect on CO2 adsorption: A comparison of first principle approaches. Fuel, 328(July). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125322 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125322

Krishna, S., Sathishkumar, P., N., P., Guesh, K., Mangalaraja, R. V., S., K., … S., A. (2020). Heterogeneous sonocatalytic activation of peroxomonosulphate in the presence of CoFe2O4/TiO2 nanocatalysts for the degradation of Acid Blue 113 in an aqueous environment. Journal of Environmental Chemical Engineering, 8(5), 104024. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104024 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104024

Munhoz, L. C., Zazycki, M. A., Silva, W. L. da, & Oliveira, J. S. de. (2023). Sintese de cobaltita de ferro para uso na decomposição de contaminante orgânico em sistema foto-Fenton solar. Disciplinarum Scientia - Ciências Naturais e Tecnológicas, 24(1), 79–88. https://doi.org/10.37779/nt.v24i1.4460 DOI: https://doi.org/10.37779/nt.v24i1.4460

INMET Instituto Nacional de metorologia. 2024. Disponível em: https://portal.inmet.gov.br/

Oliveira, J. S. de, Halmenschlager, F. da C., Jahn, S. L., & Foletto, E. L. (2019). Síntese de CoFe2O4 sobre os suportes MgAl2O4 e ZSM-5 para uso na degradação de poluente orgânico pelo processo foto-Fenton heterogêneo sob irradiação visível e solar. Matéria (Rio de Janeiro), 24(4). https://doi.org/10.1590/s1517-707620190004.0823 DOI: https://doi.org/10.1590/s1517-707620190004.0823

Oliveira, J. S. de, Mazutti, M. A., Urquieta-González, E. A., Foletto, E. L., & Jahn, S. L. (2016). Preparation of Mesoporous Fe2O3-Supported ZSM-5 Zeolites by Carbon-Templating and their Evaluation as Photo-Fenton Catalysts to Degrade Organic Pollutant. Materials Research, 19(6), 1399–1406. https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2016-0367 DOI: https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2016-0367

Omrani, E., Ahmadpour, A., Heravi, M., & Bastami, T. R. (2022). Novel ZnTi LDH/h-BN nanocomposites for removal of two different organic contaminants: Simultaneous visible light photodegradation of Amaranth and Diazepam. Journal of Water Process Engineering, 47(January), 102581. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102581 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102581

Oturan, M. A., & Aaron, J.-J. (2014). Advanced Oxidation Processes in Water/Wastewater Treatment: Principles and Applications. A Review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 44(23), 2577–2641. https://doi.org/10.1080/10643389.2013.829765 DOI: https://doi.org/10.1080/10643389.2013.829765

Pocostales, P., Álvarez, P., & Beltrán, F. J. (2011). Catalytic ozonation promoted by alumina-based catalysts for the removal of some pharmaceutical compounds from water. Chemical Engineering Journal, 168(3), 1289–1295. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.02.042 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.02.042

Police, A. K. R., Basavaraju, S., Valluri, D. K., Muthukonda V., S., Machiraju, S., & Lee, J. S. (2014). CaFe2O4 sensitized hierarchical TiO2 photo composite for hydrogen production under solar light irradiation. Chemical Engineering Journal, 247, 152–160. https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.02.076 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.02.076

Rayaroth, M. P., Boczkaj, G., Aubry, O., Aravind, U. K., & Aravindakumar, C. T. (2023). Advanced Oxidation Processes for Degradation of Water Pollutants—Ambivalent Impact of Carbonate Species: A Review. Water (Switzerland), 15(8), 1–19. https://doi.org/10.3390/w15081615 DOI: https://doi.org/10.3390/w15081615

Rodríguez-Rodríguez, A. A., Martínez-Montemayor, S., Leyva-Porras, C. C., Longoria-Rodríguez, F. E., Martínez-Guerra, E., & Sánchez-Domínguez, M. (2017). CoFe2O4-TiO2 Hybrid Nanomaterials: Synthesis Approaches Based on the Oil-in-Water Microemulsion Reaction Method. Journal of Nanomaterials, 2017. https://doi.org/10.1155/2017/2367856 DOI: https://doi.org/10.1155/2017/2367856

Santos, S. B. F., Hollanda, L. R., Vieira, Y., Dotto, G. L., Foletto, E. L., & Chiavone-Filho, O. (2023). Enhanced UV-light driven photocatalytic performance of magnetic CoFe2O4/TiO2 nanohybrid for environmental applications. Environmental Science and Pollution Research, 30(30), 75078–75088. https://doi.org/10.1007/s11356-023-27762-z DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-023-27762-z

Sun, Q., Wu, S., Li, K., Han, B., Chen, Y., Pang, B., & Dong, L. (2020). The favourable synergistic operation of photocatalysis and catalytic oxygen reduction reaction by a novel heterogeneous CoFe2O4-TiO2 nanocomposite. Applied Surface Science, 516(March), 146142. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146142 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146142

Tezuka, K., Kogure, M., & Shan, Y. J. (2014). Photocatalytic degradation of acetic acid on spinel ferrites MFe2O4 (M= Mg, Zn, and Cd). Catalysis Communications, 48, 11–14. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2014.01.016 DOI: https://doi.org/10.1016/j.catcom.2014.01.016

Thommes, M., Kaneko, K., Neimark, A. V., Olivier, J. P., Rodriguez-Reinoso, F., Rouquerol, J., & Sing, K. S. W. (2015). Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). Pure and AppliedChemistry, 87(9–10), 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117 DOI: https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117

Tong, S. ping, Liu, W. ping, Leng, W. hua, & Zhang, Q. qing. (2003). Characteristics of MnO2 catalytic ozonation of sulfosalicylic acid and propionic acid in water. Chemosphere, 50(10), 1359–1364. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(02)00761-0 DOI: https://doi.org/10.1016/S0045-6535(02)00761-0

Wang, J., & Azam, W. (2024). Natural resource scarcity, fossil fuel energy consumption, and total greenhouse gas emissions in top emitting countries. Geoscience Frontiers, 15(2), 101757. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2023.101757 DOI: https://doi.org/10.1016/j.gsf.2023.101757

Wang, L., Wang, Y., Li, X., He, T., Wang, R., Zhao, Y., & Wang, H. (2021). 3D/2D Fe2O3/g-C3N4 Z-scheme heterojunction catalysts for fast, effective and stable photo Fenton degradation of azo dyes. Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(5), 105907. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105907 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105907

Yuan, N., Zhang, G., Guo, S., & Wan, Z. (2016). Enhanced ultrasound-assisted degradation of methyl orange and metronidazole by rectorite-supported nanoscale zero-valent iron. Ultrasonics Sonochemistry, 28, 62–68. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2015.06.029 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2015.06.029

Zheng, J., Li, S., Dou, F., & Li, T. (2009). Preparation and microstructure characterization of a nano-sized Ti4+-doped AgSnO2 electrical contact material. Rare Metals, 28(1), 19–23. https://doi.org/10.1007/s12598-009-0005-7 DOI: https://doi.org/10.1007/s12598-009-0005-7

Publicado

2025-04-29

Como Citar

Vargas, G. O., Franco, D. S. P., Silva, W. L. da, & Oliveira, J. S. de. (2025). Preparação do compósito CoFe2O4/TiO2 altamente eficiente na degradação de poluente orgânico através de foto-Fenton sob irradiação solar e visível. Ciência E Natura, 47, e88164. https://doi.org/10.5902/2179460X88164

Edição

Seção

Química

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