Aplicação sustentável de heteroestruturas Bi2 WO6 /ZIF-8 no tratamento avançado de contaminantes emergentes

Abstract

Com o avanço científico-tecnológico, a sociedade pode desfrutar de uma melhoria da qualidade de vida propiciada por acesso a bens de consumo, sendo que algumas substâncias que as constituem podem ser denominadas de contaminantes emergentes (CE) e serem eliminadas nos esgotos. Estas substâncias não são removidas no tratamento de esgoto convencional e podem persistir nos ambientes urbanos, particularmente em rios e solos, formando também intermediários e/ou subprodutos tóxicos. Ademais, podem causar impactos ambientais, contaminação de água potável e problemas de saúde pública no médio e longo prazo. Pesquisas recentes mostram uma variedade de materiais avançados com potencial para remover os contaminantes por meio de processos de sorção e fotocatálise, por exemplo. Estruturas metal-orgânicas são materiais de alta porosidade e grande área superficial enquanto materiais semicondutores podem facilitar a degradação dos contaminantes por meio da fotocatálise heterogênea em processos oxidativos avançados, denominados de POA. Estudos buscam melhorar a eficiência de degradação destes materiais por dopagem, formação de heterojunções e melhoria nas estruturas tridimensionais. Neste sentido, este estudo tem como objetivo investigar a síntese, caracterização e aplicação do compósito formado entre a ZIF-8 e o Bi2WO6 ortorrômbico na remoção da molécula modelo azul de metileno e do contaminante recalcitrante diuron por fotocatálise heterogênea, e avaliar a sua aplicação no tratamento de contaminantes emergentes em processos oxidativos avançados, bem como a imobilização do Bi2WO6 em um suporte sólido para aplicação em fotocatálise visando a reutilização do material. Os materiais sintetizados foram caracterizados com sucesso e a aplicação se mostrou eficiente, com resultados indicando que a junção dos materiais pode realizar a fotocatálise heterogênea, tendo capacidade de degradar a molécula modelo em até 94% e o recalcitrante em até 79%. O Bi2WO6 foi imobilizado com sucesso em espuma de níquel, sendo capaz de degradar até 58% da solução do contaminante recalcitrante. Apesar de requerer estudos mais aprofundados, o compósito se apresentou como um material promissor para aplicação na degradação de contaminantes emergentes nos sistemas aquáticos.

With scientific and technological advancement, society enjoys an improved quality of life through access to consumer goods. However, the substances constituting these goods, often termed emerging contaminants (ECs), may be discharged into sewage systems and persist in urban environments - particularly in rivers and soils - potentially generating toxic intermediates and/or subproducts. Furthermore, they may cause environmental impacts, drinking water contamination, and public health issues in the medium to long term. Recent research highlights a variety of advanced materials with the potential to remove these contaminants via sorption and photocatalysis processes. Metal-organic frameworks (MOFs) are materials characterized by high porosity and large surface area, whereas semiconductor materials can facilitate contaminant degradation through heterogeneous photocatalysis in Advanced Oxidation Processes (AOPs). Studies seek to enhance the degradation efficiency of these materials through doping, heterojunction formation, and improvements in three-dimensional structures. In this context, this study aims to investigate the synthesis, characterization, and application of the composite formed between ZIF-8 and orthorombic Bi2WO6 in the removal of the model molecule methylene blue and the recalcitrant contaminant diuron via heterogeneous photocatalysis. Additionally, evaluates the Bi2WO6 immobilization on a solid support to facilitate reuse in photocatalytic applications. The synthesized materials were successfully characterized, and their application proved efficient. Results indicated that the composite is capable of performing heterogeneous photocatalysis, degrading up to 94% of the model molecule and 79% of the recalcitrant contaminant, with the Bi2WO6 immobilized on the nickel foam achieving 58% of the diuron. Although requiring further study, the composite material proved to be a promising material for the degradation of emerging contaminants in aquatic systems.