Fotocatalisadores de dióxido de titânio dopados com metais de transição: síntese, caracterização e aplicação na fotodegradação de fármacos

A fotocatálise heterogênea tem se mostrado promissora na remediação ecológica e no tratamento adequado de fármacos como contaminantes emergentes. Este estudo avaliou a atividade fotocatalítica de materiais sintetizados a partir da modificação da superfície do TiO₂ com metais de transição (cobre e cobalto) em concentrações de 0,5% e 1,5%, analisando as propriedades físicas, químicas e texturais dos materiais por análise de fisiossorção de N2 (BET), difratometria de raios x (DRX), microscopia eletrônica de varredura em conjunto com espectroscopia raios x por energia dispersiva (MEV-EDS) e espectroscopia vibracional na região de infravermelho (iv) por transformada de Fourier (FT-IR). Os ensaios experimentais foram realizados em fotorreator anular com lâmpada de vapor de mercúrio UV, seguindo o planejamento Box-Behnken, para avaliar a influência da massa de catalisador (50 – 150 mg.L - 1 ), concentração de fármaco (2 – 8 mg.L-1 ) e tempo de irradiação (60 – 120 min) na fotodegradação de acetaminofeno (ACT) e diclofenaco sódico (DCF). Os resultados de BET indicaram que os materiais possuem estrutura mesoporosa com diâmetro médio dos poros de 14,52 nm. A caracterização por DRX confirmou a estrutura mista de anatásio e rutilo e ausência de picos dos óxidos metálicos. A análise de MEV revelou superfícies irregulares formadas por grãos disformes e pequenas partículas atribuídas aos óxidos metálicos. O FT-IR mostrou bandas de estiramento O-H e Ti-O, características de materiais fotocatalíticos. O fotocatalisador FTCu1,5 foi escolhido para uso nos ensaios de fotodegradação dos fármacos devido à área superficial, porosidade e bom conteúdo de anatásio e cobre. Os ensaios de fotocatálise em comparação com os ensaios de fotólise apresentaram resultado superior, evidenciando a funcionalidade do fotocatalisador utilizado. Os percentuais de degradação chegaram a 100% para ambos os fármacos e a concentração da solução poluente apresentou um efeito negativo nas variáveis de resposta, indicando que a degradação aumenta com a redução da concentração inicial dessa solução. Os modelos polinomiais propostos apresentaram coeficiente de determinação (R²) > 0,9 e boa capacidade preditiva. As análises de Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) e Função Desejabilidade indicaram que, é possível obter uma redução substancial na quantidade de fotocatalisador empregado, quando combinada com um ajuste adequado no tempo de irradiação. As condições ótimas dentro do domínio experimental para o ACT são mcat = 100 mg.L-1 , CFA = 2 mg.L-1 e tIRR = 75 minutos, resultando em EffACT(%) = 99,05% e para o DCF, as condições ótimas foram mcat = 72 mg.L-1 , CFA = 2 mg.L-1 e tIRR = 65 minutos, resultando em EffDCF(%) = 90,39%. O fotocatalisador desenvolvido degradou de forma significativa os fármacos e demonstrou ser promissor para aplicações em fotocatálise.