Degradação fotocatalítica de petróleo e seus derivados através da utilização de nanopartículas de dióxido de titânio puro e misturado com óxido de grafeno reduzido

Abstract

Atualmente, os materiais têxteis têm revelado grande importância em diversas fileiras industriais, sendo cada vez mais utilizados em aplicações avançadas devido à sua elevada flexibilidade. Os têxteis aliados à nanotecnologia tornam-se ainda mais interessantes, pois esta combinação permite que os têxteis adquiram novas funcionalidades, tornando-os multifuncionais sem que sejam comprometidas as suas propriedades intrínsecas. O desenvolvimento de superfícies têxteis com propriedades autolimpantes possui um enorme potencial no âmbito de aplicações que visem a redução da poluição. A poluição causada pelo petróleo e seus derivados, além de representar um enorme fator de risco à saúde das populações devido ao seu grau de toxicidade, constitui ainda uma fonte de elevada contaminação ambiental que advém de eventuais derrames acidentais a partir de tanques de armazenamento, provocando a libertação de compostos orgânicos aromáticos que originam sérios danos à saúde e ao meio ambiente (solos, oceanos, águas superficiais e subterrâneas, entre outros). Neste contexto, torna-se impreterível a manipulação de matérias versáteis que minimizem este tipo de poluição. Entre as tecnologias limpas mais promissoras, destacam-se os processos de oxidação avançada (POA), nomeadamente a fotocatálise heterogénea que utiliza a radiação solar, um recurso natural totalmente renovável, disponível e barato, de forma a decompor o petróleo e seus derivados em subprodutos naturais. A utilização de materiais semicondutores, nomeadamente o dióxido de titânio (TiO2) e o TiO2 misturado com óxido de grafeno reduzido (OGr), torna a fotocatálise heterogénea muito mais eficiente. A ação destes materiais contribui muito positivamente para facilitar a mineralização de vários compostos orgânicos sem qualquer tipo de aditivo, para além de constituírem soluções de baixo custo de implementação e serem ainda muito eficientes na destruição de poluentes de difícil degradação. Nesta dissertação foram funcionalizados substratos têxteis constituídos por 100% de algodão, ácido poli-lático (PLA) e intertela. A funcionalização foi iniciada pela deposição de óxido de grafeno (OG) com posterior redução para OGr, terminando com a deposição do TiO2 através da utilização da técnica de foulardagem. A caracterização dos pós (TiO2, OG e OGr) foi realizada através de técnicas de caracterização avançada, designadamente por Espetroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raios-X (XRD). A estabilidade coloidal das soluções de OG, OGr e TiO2 foi caracterizada por Potencial Zeta (PZ). Os substratos têxteis funcionalizados foram caracterizados por Microscopia Eletrónica de Varrimento/Espetroscopia de Energias Dispersivas de Raios-X (SEM/EDS), Refletância Difusa (RD) e Ângulo de Contacto. A atividade fotocatalítica e a adesão do OGr e das nanopartículas de TiO2 aos substratos têxteis foi estudada pela fotodegradação de rodamina B. Por último, a fotodegradação do petróleo foi realizada com a imersão dos substratos funcionalizados em petróleo e a sua degradação foi estudada por Espetroscopia de Fluorescência Sincronizada de Excitação/Emissão e por FTIR.

Nowadays, textile materials have shown great significance in many industrial areas, being increasingly used in advanced applications due to its high flexibility. Textiles combined with nanotechnology become even more interesting as this combination allows textiles to acquire new features making them multifunctional without compromising its intrinsic properties. The development of textile surfaces with self-cleaning properties has enormous potential combined with the possibility of reducing pollution. The pollution caused by oil and its derivatives, in addition to represent a huge risk factor for public health because of their toxicity, it also is a source of high environmental contamination that comes from any accidental storage tanks’ spills, causing the release of aromatic organic compounds that cause serious damage to health and the environment (soils, oceans, surface and groundwater, etc.). In this context, it becomes unavoidable the manipulation of versatile materials that minimize such pollution. Among the most promising clean technologies, we highlight the advanced oxidation processes (AOP), namely the heterogeneous photocatalysis which uses solar radiation, a natural resource totally renewable and inexpensive, in order to decompose the oil and oil products in natural sub products. The use of semiconductor materials, including titanium dioxide (TiO2) and TiO2 mixed with reduced graphene oxide (OGr) makes the heterogeneous photocatalysis much more efficient. The action of these materials contributes positively to facilitate the digestion of various organic compounds without any additive, besides they are of low cost of implementation solutions and are still very efficient in the destruction of pollutants difficult to degrade. In this dissertation, it was functionalized 100% cotton textile substrates, PLA and Gusset. The functionalization was initiated by the deposition of graphene oxide (GO) and reduction to RGO, ending with the deposition of TiO2 by the padding technique. The characterization of the powders was performed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-Ray Diffraction (XRD). GO, RGO and TiO2 solutions were characterized by Zeta Potential (PZ). Functionalized textile substrates were characterized by Scanning Electron Microscopy / Energy Dispersive Scattering (SEM/EDS), Diffuse Reflectance (RD) and Contact Angle. The photocatalytic activity and adhesion of RGO and TiO2 nanoparticles to textile substrates was studied by rhodamine photodegradation. Finally, the oil photodegradation was performed with the immersion of the functionalized substrates in oil and its degradation was studied by excitation/emission synchronized fluorescence spectroscopy and by FTIR.