Nanocompósitos TiO2:SBA-15 e suas potenciais aplicações em fotocatálise e fotoproteção
Data
2015-08-10
Autores
Jardim, Alice Antunes Muscas Leandro Ferreira 
Orientadores
Martins, Tereza da Silva
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
Nanomaterials have been prominent in the research and development area. In particular, titanium dioxide (TiO2) has been extensively studied due to its interesting properties such as stability under severe conditions, low cost, absorbance in the ultraviolet region and high photocatalytic activity, being especially interesting as photocatalyst and photoprotector. The use of SBA-15 type ordered mesoporous silica to prepare TiO2:SBA-15 nanocomposites is advantageous since the final material has large surface area and, consequently, better performance in photocatalysis. For use in cosmetics, SBA-15 is recommended because it has micrometric particle size, less likely to penetrate the skin. This work aimed to study the influence of the synthesis parameters on the structural, textural and morphological properties of TiO2:SBA-15 nanocomposites and to establish the best synthesis conditions for application in photocatalysis and photoprotection. The studied parameters were: titanium dioxide molar ratio (10, 20 and 30% relative to silica amount), calcination temperature (540, 700 and 800 °C), synthesis route (standard or hydrothermal treatment (HT)), and presence of ionic liquid, IL, (CMIBF4, CMITf2N and CMIBr), acetylacetone and isopropyl alcohol. The nanocomposites were characterized by wide and small angle X ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), N2 adsorption-desorption isotherms (NAI) and scanning electron microscopy (SEM). XRD measurements showed that the 20% TiO2 molar ratio resulted in more intense rutile phase peaks, whilst the ratio of 10% favored anatase phase. 10% and 20% ratios produced samples that retained the structure of SBA-15. Regarding the calcination temperature, it was observed that higher temperatures led to more intense rutile peaks, however, the crystallite size increased. FTIR spectra showed that titanium dioxide interacts weakly with SBA-15. Regarding IL presence, the molar ratio of 0.032LI:1TiO2 yielded structured materials. CMIBr has little influence on TiO2 crystalline phase selection, while CMITf2N favors rutile phase formation (for the 0.32:1 ratio) and CMIBF4 favors anatase. In the absence of alcohol, CMIBF4 (0.032:1) led to a nanocomposite with 100% anatase phase, suitable for application in photocatalysis. It was verified that both acetylacetone and HT synthesis route favor rutile phase, and the combined effect of the two resulted in a nanocomposite that would be interesting for application as photoprotector, with 90% rutile phase and small crystallite size incorporated into micrometric size silica. It was possible to visualize tubes with particle size of about 1 micrometer as expected for SBA-15, as well as the nanometric particles of titanium dioxide dispersed throughout the silica using SEM images. The exception was the sample prepared with CMITf2N in absence of alcohol, which exhibited SBA-15 particle size of about 0.1 micrometer, demonstrating the great influence of this IL in the silica's morphology.
Nanomateriais têm apresentado destaque na área de pesquisa e desenvolvimento. Em especial, dióxido de titânio (TiO2) tem sido extensamente estudado por apresentar características de interesse como estabilidade sob condições severas, baixo custo, capacidade de absorção na região do ultravioleta e alta atividade fotocatalítica, sendo particularmente interessantes suas aplicações como fotocatalisador e fotoprotetor. A utilização de sílica mesoporosa ordenada do tipo SBA-15 para o preparo de nanocompósitos TiO2:SBA-15 é vantajosa pois resulta em um material com elevada área superficial e, como consequência, melhor desempenho fotocatalítico, além de levar à maior aceitabilidade para aplicação em cosméticos, pois a SBA-15 possui tamanho de partícula na escala micrométrica, sendo menos provável sua penetração na pele. Este trabalho se voltou ao estudo da influência dos parâmetros de síntese nas propriedades estruturais, texturais e morfológicas de nanocompósitos TiO2:SBA-15 e definição das melhores condições de síntese para aplicação em fotocatálise e fotoproteção. Foram estudados os parâmetros: teor de dióxido de titânio (10, 20 e 30%, em relação a sílica), temperatura de calcinação (540, 700 e 800 °C), rota de síntese (padrão ou tratamento hidrotérmico (HT)) e presença de líquidos iônicos, LI, (CMIBF4, CMITf2N e CMIBr), acetilacetona e álcool isopropílico. Os nanocompósitos foram caracterizados por difração de raios X (XRD) a alto e baixo ângulo, espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), isotermas de adsorção-dessorção de N2 (NAI) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). Observou-se que o teor de 20% de TiO2 apresentou os picos mais intensos da fase rutila, enquanto o teor de 10% favoreceu a fase anatase. As amostras de 10% e 20% mantiveram a estrutura da SBA-15. Quanto à temperatura de calcinação, verificou-se que temperaturas mais altas resultaram em picos mais intensos da fase rutila, no entanto, ocorreu aumento do tamanho de cristalito. Os espectros de absorção na região do infravermelho mostraram que o dióxido de titânio interage fracamente com a sílica. Em relação à presença de LI, a proporção molar de 0,032LI:1TiO2 originou materiais estruturados. O CMIBr tem pouca influência na seleção de fase cristalina do TiO2, o CMITf2N favorece a formação da fase rutila (na proporção de 0,32:1) e o CMIBF4 favorece a fase anatase. Na ausência de álcool, o CMIBF4 (0,032:1) conduziu a um nanocompósito com 100% da fase anatase, adequado para aplicação em fotocatálise. Verificou-se que tanto a acetilacetona quanto a rota HT favorecem a fase rutila e o efeito combinado das duas resultou em um nanocompósito interessante para aplicação como fotoprotetor, com 90% de rutila e pequeno tamanho de cristalito incorporado em sílica de tamanho micrométrico. Pelas micrografias foi possível verificar os tubos esperados para a estrutura da SBA-15 com tamanho por volta de 1 micrômetro, bem como as partículas nanométricas de dióxido de titânio dispersas pela sílica. A exceção foi a amostra preparada com CMITf2N na presença de álcool, que exibiu tamanho de partícula da sílica por volta de 0,1 micrômetro, evidenciando a grande influência deste LI na morfologia da sílica.
Nanomateriais têm apresentado destaque na área de pesquisa e desenvolvimento. Em especial, dióxido de titânio (TiO2) tem sido extensamente estudado por apresentar características de interesse como estabilidade sob condições severas, baixo custo, capacidade de absorção na região do ultravioleta e alta atividade fotocatalítica, sendo particularmente interessantes suas aplicações como fotocatalisador e fotoprotetor. A utilização de sílica mesoporosa ordenada do tipo SBA-15 para o preparo de nanocompósitos TiO2:SBA-15 é vantajosa pois resulta em um material com elevada área superficial e, como consequência, melhor desempenho fotocatalítico, além de levar à maior aceitabilidade para aplicação em cosméticos, pois a SBA-15 possui tamanho de partícula na escala micrométrica, sendo menos provável sua penetração na pele. Este trabalho se voltou ao estudo da influência dos parâmetros de síntese nas propriedades estruturais, texturais e morfológicas de nanocompósitos TiO2:SBA-15 e definição das melhores condições de síntese para aplicação em fotocatálise e fotoproteção. Foram estudados os parâmetros: teor de dióxido de titânio (10, 20 e 30%, em relação a sílica), temperatura de calcinação (540, 700 e 800 °C), rota de síntese (padrão ou tratamento hidrotérmico (HT)) e presença de líquidos iônicos, LI, (CMIBF4, CMITf2N e CMIBr), acetilacetona e álcool isopropílico. Os nanocompósitos foram caracterizados por difração de raios X (XRD) a alto e baixo ângulo, espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), isotermas de adsorção-dessorção de N2 (NAI) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). Observou-se que o teor de 20% de TiO2 apresentou os picos mais intensos da fase rutila, enquanto o teor de 10% favoreceu a fase anatase. As amostras de 10% e 20% mantiveram a estrutura da SBA-15. Quanto à temperatura de calcinação, verificou-se que temperaturas mais altas resultaram em picos mais intensos da fase rutila, no entanto, ocorreu aumento do tamanho de cristalito. Os espectros de absorção na região do infravermelho mostraram que o dióxido de titânio interage fracamente com a sílica. Em relação à presença de LI, a proporção molar de 0,032LI:1TiO2 originou materiais estruturados. O CMIBr tem pouca influência na seleção de fase cristalina do TiO2, o CMITf2N favorece a formação da fase rutila (na proporção de 0,32:1) e o CMIBF4 favorece a fase anatase. Na ausência de álcool, o CMIBF4 (0,032:1) conduziu a um nanocompósito com 100% da fase anatase, adequado para aplicação em fotocatálise. Verificou-se que tanto a acetilacetona quanto a rota HT favorecem a fase rutila e o efeito combinado das duas resultou em um nanocompósito interessante para aplicação como fotoprotetor, com 90% de rutila e pequeno tamanho de cristalito incorporado em sílica de tamanho micrométrico. Pelas micrografias foi possível verificar os tubos esperados para a estrutura da SBA-15 com tamanho por volta de 1 micrômetro, bem como as partículas nanométricas de dióxido de titânio dispersas pela sílica. A exceção foi a amostra preparada com CMITf2N na presença de álcool, que exibiu tamanho de partícula da sílica por volta de 0,1 micrômetro, evidenciando a grande influência deste LI na morfologia da sílica.
Descrição
Citação
JARDIM, Alice Antunes Muscas Leandro Ferreira. Nanocompósitos TiO2:SBA-15 e suas potenciais aplicações em fotocatálise e fotoproteção. 2015. 80 f. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), Diadema, 2015.