Desenvolvimento de revestimentos fotocatalíticos de TiO2 com rugosidade controlada

Abstract

O problema da disponibilidade e qualidade da água é uma temática cada vez mais alvo de estudo devido à crescente escassez de água potável. Os custos de fornecimento e tratamento de água podem ser elevados, mas serão sempre mais reduzidos quando comparados com os custos à saúde humana caso haja fornecimento de água contaminada. A degradação fotocatalítica é considerada um processo viável para a remoção de componentes orgânicos tóxicos de efluentes industriais. É um processo de oxidação avançado que utiliza o efeito da radiação UV para produzir radicais hidroxilo de alto poder oxidante através da utilização de um catalisador. O catalisador mais utilizado no processo de fotocatálise heterogénea é o dióxido de titânio (TiO2) pois é o semicondutor com melhor rendimento para o efeito fotocatalítico quando comparado com outros semicondutores existentes (ZnO, SnO2, SiO2, ZrO2), para além das suas boas propriedades intrínsecas como baixa toxicidade, estabilidade química e baixo custo. No entanto o seu hiato energético (3,2 eV) apenas permite a excitação de eletrões por radiação UV, o que diminui a sua eficiência sob a radiação solar. O objetivo deste trabalho é o estudo do desenvolvimento de revestimentos fotocatalíticos de TiO2 depositados sobre vidro, com a introdução de uma camada interfacial de um filme de hastelloy (liga Níquel-Molibdénio) utilizando a técnica de pulverização catódica por magnetrão. O crescimento desordenado da liga irá promover a deposição subsequente de um filme fino de TiO2 mais rugoso, com maior área específica e, consequentemente, melhor desempenho fotocatalítico. Começou-se por depositar vários filmes de hastelloy sobre vidro com parâmetros variados para assim se obter o máximo de rugosidade superficial possível. Em seguida, foram depositados filmes de TiO2 sobre uma camada otimizada de hastelloy com os seus valores de rugosidade e constante de degradação comparados com os valores para filmes de TiO2 depositados sobre vidro. Os valores de rugosidade foram obtidos através de ensaios de perfilometria com ponta de diamante enquanto o valor de constante de degradação será calculado através de um ensaio fotocatalítico, estudando a variação da absorvância de um corante ao longo do tempo. Verificou-se que a deposição sobre hastelloy promove o aumento da rugosidade e da constante de degradação para filmes finos de TiO2, podendo ser utilizado como método complementar à dopagem de filmes de TiO2 fotoativos.

The problem of water availability and quality is a subject increasingly targeted for study because of the growing shortage of drinking water. Water treatment and supply costs may be high but they will always be lower when measured against the costs for human health if there is a supply of contaminated water. Photocatalytic degradation is considered a viable process for removal of toxic organic components from industrial wastewater. It’s an advanced oxidation process that uses the effects of UV-radiation to produce high oxidizing power hydroxyl radicals, by means of a catalyst. The catalyst most commonly used in the photocatalytic process is titanium dioxide (TiO2), in due to its higher photocatalytic outcome when compared with other existing semiconductors (ZnO, SnO2, SiO2, ZrO2) in addition to its good properties such as low toxicity, chemical stability and low cost. However, its energy gap (3,2 eV) only allows electron excitation by UV-radiation, which decreases their efficiency under the sunlight. The objective of this paper is the study of photocatalytic coatings development, deposited in glass, with an interfacial layer of hastelloy (nickel-molibdenium) film by means of the magnetron sputtering deposition. The disordered thin film growth will promote the deposition of a rough TiO2 thin film, with higher specific surface area and, therefore, better photocatalytic performance. The study began with several Hastelloy thin films depositions, with varied parameters in order to achieve maximum superficial roughness. Afterwards, thin TiO2 films were deposited on an optimized hastelloy layer with its roughness and degradation constant values compared to the values of TiO2 glass deposited thin films. The roughness values were obtained by stylus diamond perfilometry while the degradation constant value was measured by a photocatalytic test, studying a dye absorvance variation over time. It was found that the hastelloy deposition promotes increased surface roughness and degradation constant for TiO2 thin films, and can be used as a complementary method of photoactive TiO2 thin film doping.