Preparação e Caracterização de Filmes Finos Automontados de PAH/PAA/TiO2 Fotossensibilizados com Clorofilina Cúprica para a Fotodegradação de Paracetamol

Abstract

A utilização da energia solar para a degradação de contaminantes emergentes por meio da fotocatálise é uma alternativa promissora aos sistemas convencionais de tratamento de água e efluentes industriais. Desta forma, filmes finos automontados (FFAs) por adsorção física, e contendo polieletrólitos orgânicos e semicondutores inorgânicos, podem ser aplicados em dispositivos para a degradação de fármacos. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi preparar e caracterizar FFAs obtidos pela combinação de hidrocloreto de polialilamina (PAH), poli(ácido acrílico) (PAA), dióxido de titânio nanoparticulado (TiO₂) e do fotossensibilisador clorofilina cúprica (Cu-chln), utilizando a técnica camada por camada (do inglês Layer by Layer, LbL) para aplicação na degradação fotocatalítica do paracetamol em solução aquosa. Foram fabricados FFAs de 81 camadas depositados sobre substratos de vidro. O TiO₂ e a Cu-chln apresentaram máximos de absorção (λ_max) na região do ultravioleta e do visível (UV-Vis) em 323 nm e 627 nm, e a partir desses dados foram determinados seus gaps de energia (Ebgs) em 3,0 eV e 1,85 eV, respectivamente. A Ebg do TiO₂ é alta o suficiente para gerar radicais hidroxil, responsáveis pelo mecanismo de degradação do paracetamol. Através das imagens de microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-FEG), foi possível observar que os FFAs possuem estrutura porosa, além de aglomerados esféricos de tamanho nanométrico. Além disso, a incorporação da Cu-chln tornou a superfície dos FFAs mais homogênea. A degradação do paracetamol foi determinada pela imersão dos FFAs em uma solução aquosa de paracetamol (10 mg L-1), seguida por irradiação com uma lâmpada de xenônio (300 W), sendo observadas remoções de 23,7% e 43,6% para os FFAs contendo apenas TiO₂ e TiO₂ com Cu-chln, respectivamente. Os resultados mostraram que a utilização de TiO₂ e Cu-chln levam a uma melhor atividade fotocatalítica quando comparada à utilização dos componentes na forma individualizada, com eficiência do processo comparável aos sistemas coloidais sem a necessidade de ajuste do pH ou da concentração de O₂ no efluente.

Preparation and Caracterization of Self-Assembled Thin Films of PAH/PAA/TiO2 Photosensitized with Cupric Chlorophyllinfor the Photodegradation of Paracetamol

The use of solar energy for the degradation of emerging contaminants through photocatalysis is a promising alternative to conventional water and wastewater treatment. In this way, self-assembled thin films (SATFs) of organic polyelectrolytes and inorganic semiconductors can be applied in devices for degradation of pharmaceutical contaminants. In this context, the objective of this work was to prepare and characterize SATFs obtained by the combination of polyallylamine hydrochloride (PAH), poly(acrylic) acid (PAA), titanium dioxide nanoparticles (TiO2) and cupric chlorophyllin (Cu-chln) photosensitizer, using the Layer by Layer (LbL) technique for application in the photocatalytic degradation of paracetamol in aqueous solution. SATFs with 81 layers deposited on glass substrates were prepared. TiO2 and Cu-chln showed absorption maxima (lmax) in the ultraviolet and visible (UV-Vis) regions at 323 nm and 627 nm, and from these data their energy gaps (Ebgs) were determined at 3.0 eV and 1.85 eV, respectively. The Ebg of TiO2 is wide enough to generate hydroxyl radicals responsible for the paracetamol degradation mechanism. Through the scanning electron microscopy with field emission gun images (SEM-FEG), it was possible to observe that the SATFs have a porous structure formed by agglomerated spheres of nanometric size. In addition, the incorporation of Cu-chln become more homogeneous the surface of FFAs. The degradation of paracetamol was determined by immersion of the SATFs in an aqueous solution of paracetamol (10 mg L-1) followed by irradiation with a xenon lamp (300 W), with removal of 23.7% and 43.6 % for the SATFs containing only TiO2 and TiO2 with Cu-chln, respectively. The results showed that the use of TiO2 and Cu-chln leads to better photocalytic activity when compared to the separate components, with process efficiencies comparable to colloidal systems and without the need to adjust the pH or O2 concentration in the wastewater.