Síntese e caracterização de sistemas nanoparticulados de ZnO–Fe₃O₄ e TiO₂–Fe₃O₄ obtidos por rotas convencionais e verdes aplicados na remoção de compostos orgânicos via fotodegradação e foto-Fenton

Abstract

Em meio às graves crises ambientais, o estresse hídrico é agravado pelos impactos negativos da poluição na qualidade da água. Os poluentes orgânicos persistentes (POPs) surgem como um dos principais desafios devido ao caráter recalcitrante e à atividade metabólica desses produtos químicos, mesmo quando presentes em níveis de traços e desenvolver estratégias de baixo custo para mitigar a poluição ambiental surge como um desafio urgente para a nossa sociedade. A partir dessa necessidade o presente estudo realizou o desenvolvimento de nanopartículas de ZnO, TiO2 e Fe3O4 e nanocompósitos fotoativos magnéticos ZnO-Fe3O4 e TiO2-Fe3O4 os quais foram obtidos e caracterizados de maneira eficiente por meio de síntese convencional e verde sendo o ZnO-green sintetizado com mucilagem do quiabo e o Fe3O4-green a partir de cascas de batata. O processo de fotodegradação e foto-Fenton foi conduzido utilizando os nanocatalisadores na degradação do poluente orgânico alvo Rodamina B, impulsionados por luz UV-A para os materiais obtidos por rotas convencionais e por luz solar para os nanocatalisadores verdes. A eficiência dos nanocatalisadores frente à fotodegradação e foto-Fenton exibiu taxas e remoção de cor variando entre 20,33% e 100%. O ZnO-green apresentou o melhor desempenho com máxima eficiência em ambos os processos fotocatalíticos, superando os materiais obtidos por rotas convencionais. O TiO2 (anatase) também apresentou máxima eficiência para fotodegradação. As heterojunções propostas exibiram propriedades fotoativas e magnéticas, com taxas de remoção máxima de 97,95%, 98,7% e 98,96% para 4ZnO-1Fe3O4, 4TiO2-1Fe3O4 e 4ZnO1Fe3O4 green, respectivamente. Sendo assim, este estudo adotou uma abordagem inovadora com potencialidade para resolução de problemáticas ambientais reais, as quais foram examinadas a rigor científico estando alinhado com a química de materiais e os princípios da química verde, intrinsecamente, com a recuperação de águas contaminadas.

Amid severe environmental crises, water stress is exacerbated by the negative impacts of pollution on water quality. Persistent organic pollutants (POPs) emerge as one of the main challenges due to their recalcitrant nature and metabolic activity, even at trace levels. Developing cost-effective strategies to mitigate environmental pollution has become an urgent challenge for society. In response to this need, the present study focused on the development of ZnO, TiO₂, and Fe₃O₄ nanoparticles, as well as photoactive magnetic nanocomposites ZnO-Fe₃O₄ and TiO₂-Fe₃O₄, which were synthesized and efficiently characterized using both conventional and green synthesis routes. The ZnOgreen was synthesized using okra mucilage, while the Fe₃O₄-green was obtained from potato peels. The photodegradation and photo-Fenton processes were conducted using these nanocatalysts to degrade the target organic pollutant, Rhodamine B, under UV-A light for conventionally synthesized materials and sunlight for green nanocatalysts. The efficiency of the nanocatalysts in photodegradation and photo-Fenton processes exhibited color removal rates ranging from 20.33% to 100%. ZnO-green demonstrated the highest performance, achieving maximum efficiency in both photocatalytic processes, surpassing the materials synthesized via conventional routes. TiO₂ (anatase) also exhibited maximum efficiency for photodegradation. The proposed heterojunctions displayed photoactive and magnetic properties, with maximum removal rates of 97.95%, 98.7%, and 98.96% for 4ZnO-1Fe₃O₄, 4TiO₂-1Fe₃O₄, and 4ZnO-1Fe₃O₄-green, respectively. Thus, this study adopts an innovative approach with great potential for addressing real environmental issues, which were rigorously examined within the framework of materials chemistry and green chemistry principles, intrinsically contributing to the remediation of contaminated water.