Síntese e avaliação de catalisadores aplicados à degradação da cafeína por fotocatálise heterogênea

Abstract

Recentes estudos demonstraram que a cafeína, uma substância natural encontrada em folhas de chás e grãos de café está sendo detectada frequentemente em águas potáveis que são distribuídas para a população brasileira, bem como em águas superficiais no Brasil e em outros países como China e Grécia. A cafeína, quando identificada em águas superficiais e potável é classificada como um contaminante emergente, pois não há uma legislação que limita o descarte da mesma, bem como os seus efeitos aos seres vivos são ainda pouco conhecidos. O surgimento destes compostos classificados como poluentes emergentes, acontece devido ao despejo direto de esgoto nos rios, bem como por meio das técnicas convencionais atualmente aplicadas no tratamento de águas residuais e água potável que não removem por completo estes contaminantes. Neste contexto, a remoção de tais substâncias em solução aquosa tem sido estudada por diferentes técnicas, sendo que a fotocatálise heterogênea ganha destaque por apresentar bons resultados na degradação destes poluentes. Catalisadores com baixo custo e utilização da radiação solar podem diminuir o custo do processo. Deste modo, este estudo foi realizado com a finalidade de identificar, dentre os catalisadores em óxidos de ZnO e TiO2, calcinados e não calcinados, promovidos ou não com ferro e prata, os melhores fotocatalisadores para a degradação da cafeína em meio aquoso. Os catalisadores foram caracterizados por diferentes técnicas e aplicados na fotodegradação da cafeína. Para determinar as melhores condições operacionais, dentre as estudadas, a reação foi realizada na presença de radiação artificial com lâmpadas de vapor de mercúrio de 125 e 250 W, bem como na presença de radiação solar. A maioria dos catalisadores preparados apresentou boa degradação da cafeína, contudo os mais eficientes foram o ZnO e o 5%Ag/ZnO, calcinados e não calcinados, sendo o melhor deles o 5%Ag/ZnO. Os ensaios envolvendo radiação solar apresentaram bons resultados o que é favorável, pois há uma economia de energia, imposta pelo uso da radiação artificial, justificando sua utilização nesta reação. Sendo assim, o estudo demonstrou que o fotocatalisador com 5%Ag/ZnO não calcinado apresenta potencial no tratamento de degradação do poluente emergente, cafeína

Recent studies have shown that caffeine, a natural substance found in tea leaves and coffee beans, is often detected in drinking water that is distributed to the Brazilian population, as well as in surface water in Brazil and other countries such as China and Greece. Caffeine, when identified in surface water and drinking water is classified as an emerging contaminant, as there is no legislation that limits the disposal of the same, as well as its effects on living beings are still little known. The emergence of these compounds classified as emerging pollutants occurs due to the direct discharge of sewage into the rivers, as well as through conventional techniques currently applied in the treatment of wastewater and drinking water that do not completely remove these contaminants. In this context, the removal of such substances in aqueous solution has been studied by different techniques, and the heterogeneous photocatalysis is highlighted because it presents good results in the degradation of these pollutants. Low-cost catalysts and the use of solar radiation can reduce the cost of the process. Thus, the purpose of this study was to identify, among the catalysts in ZnO and TiO2 oxides, calcined and uncalcined, promoted or not with iron and silver, the best photocatalysts for the degradation of caffeine in aqueous medium. The catalysts were characterized by different techniques and applied to caffeine photodegradation. In order to determine the best operating conditions, among those studied, the reaction was carried out in the presence of artificial radiation with mercury vapor lamps of 125 and 250 W, as well as in the presence of solar radiation. Most of the prepared catalysts had good caffeine degradation, but the most efficient were ZnO and 5%Ag/ZnO, calcined and uncalcined, the best being 5%Ag/ZnO. The tests involving solar radiation presented good results which is favorable, because there is an energy saving, imposed by the use of artificial radiation, justifying its use in this reaction. Therefore, the study demonstrated that the uncalcined 5%Ag/ZnO photocatalyst presents potential in the treatment of the emergent pollutants, caffeine