Aerogéis híbridos de celulose bacteriana/sílica modificados com nanomateriais fotocatalíticos para descontaminação de água em fluxo

Abstract

Atualmente, a proteção ambiental e garantia do suprimento de água potável de qualidade são grandes desafios contemporâneos da sociedade moderna. As pesquisas visando o desenvolvimento de novos materiais são de suma importância para combater a poluição crescente provocada pelos setores industriais e agrícolas e garantir a qualidade da água potável para a população mundial. Para resolver esse problema, a fotocatálise heterogênea promovida por nanomateriais semicondutores tem sido considerada como uma abordagem de baixo custo, sustentável e ecológica, utilizando-se de energia solar para ocorrer. Neste projeto relatamos o desenvolvimento de novas rotas para a preparação de aerogéis híbridos fotocatalíticos de celulose bacteriana/sílica modificada por nanopartículas fotoativas de TiO2. A modificação da superfície do biopolímero orgânico com a dupla camada de componentes inorgânicos ocorreu por meio da hidrólise-policondensação dos precursores ortosilicato de tetraetila (TEOS) e ortotitanato de tetrabutilo (TBOT), respectivamente. A cristalização do TiO2 amorfo ocorreu via tratamento hidrotérmico suave (150°C, 24 h) com posterior secagem em condições supercrítica utilizando CO2 como solvente. A caracterização detalhada dos aerogéis foi realizada por um amplo conjunto de técnicas que possibilitou correlacionar a alta atividade fotocatalítica alcançada (99% de degradação total do corante MB em 30 minutos de iluminação UV) com suas propriedades físico-químicas e estruturais. Portanto, membranas fotocatalíticas macroscópicas com estrutura interna macro/mesoporosa e de elevada área superficial foram sintetizadas e são capazes de contribuir de maneira sinérgica para o alto desempenho de descontaminação de efluentes e purificação de água em sistemas em fluxo.

Currently, environmental protection and guaranteeing the supply of quality drinking water are major contemporary challenges of modern society. Research aimed at developing new materials is of paramount importance to combat the growing pollution caused by the industrial and agricultural sectors and to guarantee the quality of drinking water for the world population. To solve this problem, the heterogeneous photocatalysis promoted by semiconductor nanomaterials has been considered as a low-cost, sustainable and ecological approach, using solar energy to occur. In this project we report the development of new routes for the preparation of photocatalytic hybrid aerogels of bacterial cellulose/silica modified by photoactive TiO2 nanoparticles. The surface modification of the organic biopolymer with the double layer of inorganic components occurred through the hydrolysis-polycondensation of precursors tetraethyl orthosilicate (TEOS) and tetrabutyl orthotitanate (TBOT), respectively. Crystallization of amorphous TiO2 occurred via mild hydrothermal treatment (150°C, 24 h) with subsequent drying under supercritical conditions using CO2 as solvent. The detailed characterization of the aerogels was carried out by a wide range of techniques that enabled to correlate the high photocatalytic activity achieved (99% of total degradation of the MB dye in 30 minutes of UV illumination) with its physicochemical and structural properties. Therefore, macroscopic photocatalytic membranes with macro/mesoporous internal structure and high surface area were synthesized and are able to synergistically contribute to the high performance of effluent decontamination and water purification in flow systems.