Ferroporfirinas-titânio suportadas em argilas ou sílicas como fotocatalisadores para produção de peróxido de hidrogênio

Resumo

O peróxido de hidrogênio é um produto químico de considerável importância, com demanda crescente no mundo atual. No entanto, embora seja considerado "verde", sua síntese não é ambientalmente amigável. A síntese direta desse produto é a via mais eficaz para atingir tal objetivo, entretanto fatores como formação de água devido à termodinâmica, riscos de explosão e instabilidade do peróxido de hidrogênio produzido dificultam a aplicabilidade do processo em nível industrial. Este projeto de pesquisa será realizado em colaboração com pesquisadores da Universidade de Salamanca e Universidade Pública de Navarra - Espanha (ver cartas de colaboração anexadas em "outros documentos"). Nosso objetivo principal é desenvolver fotocatalisadores eficientes e seletivos para a produção direta do peróxido de hidrogênio, sem que haja sua posterior desativação, otimizando as propriedades e vantagens do uso do titânio. Para isso, pretende-se inicialmente modificar a superfície da titânia, TiO2 por meio da formação de materiais híbridos, que consistem em ferroporfirinas de segunda geração, ligadas covalentemente ao TiO2 (previamente funcionalizados com organossilanos para garantir o acoplamento eficiente da ferroporfirina) e, em seguida, promover a dispersão das nanopartículas do TiO2 modificadas em sólidos porosos de diferente natureza como a caulinita, sepiolita e terra diatomácea. Por meio dessa dispersão, tem-se por finalidade aumentar a superfície de exposição das espécies fotoativas (TiO2 e ferroporfirinas) e ainda, devido à elevada porosidade dos suportes elencados, garantir a proteção do peróxido de hidrogênio formado, sem sua posterior desativação. Os materiais preparados serão amplamente caracterizados por técnicas como: análises químicas, difração de raios X, métodos de fissiosorção, microscopia eletrônica de varredura, análises térmicas e espectroscopia de absorção na região do infravermelho e do ultravioleta visível. Os híbridos formados serão utilizados como fotocatalisadores na produção eficiente e estável do peróxido de hidrogênio. Os resultados obtidos de produção do peróxido de hidrogênio serão relacionados às propriedades dos catalisadores, estabelecidas pelas técnicas de caracterizações e em termos do mecanismo de atuação das ferroporfirinas como passivadores da superfície do TiO2, além de sua capacidade de criação de novos sítios para redução do O2. Ademais, a influência da dispersão das nanopartículas de TiO2 contendo as ferroporfirinas de segunda geração em superfícies de sólidos porosos de diferente natureza será avaliada. Finalmente, será estudada a influência dos suportes na alteração das propriedades superficiais do TiO2 e na inibição da combinação do par elétron-vacância e consequente melhoria da eficiência fotocatalítica. O uso dos materiais híbridos preparados neste projeto pode ser uma alternativa bastante interessante e promissora para a produção do peróxido de hidrogênio empregando-se o TiO2; pois utilizará materiais amplamente disponíveis e não tóxicos, como os suportes elencados neste estudo e as ferroporfirinas, que são de fácil síntese, não tóxicas e que em baixas concentrações podem ter um papel muito importante na passivação da superfície do TiO2. (AU)