Síntese e caracterização do compósito Ag3PO4/ZnS e estudo de suas propriedades fotocatalíticas

Barros, Mayre Manny Porto

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11612/6659

Authors:	Barros, Mayre Manny Porto
metadata.dc.contributor.advisor:	Botelho, Gleice Lorena Gonçalves Tavares
Title:	Síntese e caracterização do compósito Ag3PO4/ZnS e estudo de suas propriedades fotocatalíticas
Keywords:	Fotocatálise Heterogênea. Fosfato de Prata. Sulfeto de Zinco. Compósito. Heterogeneous Photocatalysis. Silver Phosphate. Zinc Sulfide. Composite
Issue Date:	2-Sep-2022
Citation:	BARROS, Mayre Manny Porto. Síntese e caracterização do compósito Ag3PO4/ZnS e estudo de suas propriedades fotocatalíticas. 2022. 78f. Dissertação (Mestrado em Química Ambiental) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Química Ambiental, Gurupi, 2022.
metadata.dc.description.resumo:	A fotocatálise heterogênea é um tipo de Processo Oxidativo Avançado, que se destaca pelo uso de semicondutores que podem ser excitados por radiação visível, gerando os radicais que participarão do mecanismo fotocatalítico na degradação de diversos contaminantes em meio aquoso. Neste trabalho foram sintetizados compósitos formados por dois semicondutores, o fosfato de prata (Ag3PO4) e sulfeto de zinco (ZnS), sendo estes aplicados na degradação do corante Rodamina B (RhB). Foram sintetizados compósitos de Ag3PO4/ZnS com diferentes proporções mássicas de ZnS (1%, 5%, 10%), a fim de melhorar seu desempenho fotocatalítico, comparado com materiais isolados. Depois da síntese, todas as amostram foram caracterizadas estruturalmente por difração de raios-X e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, o que confirmou a formação dos compósitos Ag3PO4/ZnS. O refinamento de Rietveld das amostras, apresentaram bom ajuste entre o perfil observado experimentalmente e o perfil calculado, com baixo desvio dos parâmetros estatísticos. A técnica de reflectância difusa na região do UV/Vis revelou um band gap de 3,82 eV para ZnS e 2,44 eV para o Ag3PO4, enquanto os compósitos apresentam band gap relativamente menor que o Ag3PO4. A morfologia dos compósitos foi obtida por microscopia eletrônica de varredura, apresentando micropartículas irregulares do tipo esférica (Ag3PO4), com tamanho de aproximadamente 200 nm e micropartículas semelhantes a uma flor (ZnS), com tamanho de 4-5μm. A eficiência fotocatalítica das amostras foi avaliada sob radiação visível para a degradação do corante RhB. A amostra de ZnS não apresentou atividade fotocatalítica sob as condições estudadas, já o compósito contendo 5% em massa de ZnS (Ag/Zn5%) apresentou resultados superiores, degradando 93% do contaminante em 15 minutos de radiação sob luz visível, enquanto o Ag3PO4 degradou 75% no mesmo tempo. No estudo da variação de pH para o Ag3PO4 e Ag/Zn5%, ambos apresentaram resultado superiores em pH natural da solução de RhB. Em relação a variação da concentração do catalisador, ambas as amostras de Ag3PO4 e Ag/Zn5% apresentaram melhor atividade fotocatalítica na degradação de RhB em 30mg de fotocatalisador. Além disso, os mecanismos fotocatalíticos de todas as amostras foram investigados, utilizando-se diferentes tipos de sequestrantes de espécies oxidantes, no qual observou-se que para o Ag3PO4, os buracos têm papel principal na degradação, já no compósito Ag/Zn5%, os buracos e os radicais superóxidos exerceram papel significativo na degradação do corante. Com relação ao processo de reciclo, o Ag/Zn5% apresentou uma melhora na estabilidade frente ao Ag3PO4 puro, porém, não foi possível sanar totalmente o processo de fotocorrosão.
Abstract:	Heterogeneous photocatalysis is a type of Advanced Oxidative Process that has been highlighted by the use of semiconductors that can be excited by visible radiation, generating radicals that will participate in the photocatalytic mechanism in the degradation of various contaminants in aqueous medium. In this work, composites formed by two semiconductors, silver phosphate (Ag3PO4) and zinc sulfide (ZnS) were synthesized and applied to the degradation of Rhodamine B (RhB) dye. Ag3PO4/ZnS composites with different ZnS mass proportions (1%, 5%, 10%) were synthesized in order to improve their photocatalytic performance compared to pure materials. After the synthesis, all samples were structurally characterized by X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy, which confirmed the formation of Ag3PO4/ZnS composites. The Rietveld refinement of the samples showed a good fit between the profile observed experimentally and the profile calculated, with low deviation of the statistical parameters. The UV–Vis diffuse reflectance spectroscopy revealed a band gap of 3.82 eV for ZnS and 2.44 eV for Ag3PO4, while the composites showed a decrease in the band gap compared to the Ag3PO4. The morphology of the composites was obtained by scanning electron microscopy showing irregular spherical microparticles (Ag3PO4) of approximately 200nm, and flower-like microparticles (ZnS) of 4-5μm. The photocatalytic efficiency of the samples was evaluated under visible radiation for the degradation of the RhB dye. The ZnS sample was not efficient under the conditions studied, while the composite containing 5% of ZnS (Ag/Zn5%) and the Ag3PO4 degraded 93% and 75% at 15 minutes, respectively. In the study of pH variation, both Ag3PO4 and Ag/Zn5% presented showed better results in natural pH of the RhB solution. The lowest dose of catalyst (30mg) for the Ag3PO4 and Ag/Zn5% samples showed better photocatalytic activity in the degradation of RhB. In addition, the photocatalytic mechanisms of all samples were investigated using different types of oxidant-species scavengers. For Ag3PO4, the holes play a main role in degradation of the RhB, while for the Ag/Zn5% composite, both holes and superoxide radicals played a significant role in dye degradation. The Ag/Zn5% showed an improvement in stability in comparison to pure Ag3PO4; however, was not possible to completely solve the photocorrosion process.
URI:	http://hdl.handle.net/11612/6659
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