Bola

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8188 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A moagem mecanoquímica de bolas seguida de aquecimento a 650 °C por 5 h produziu com sucesso o pó monofásico Bi2VO5.5. A atividade catalítica para degradação do corante azul de metileno foi investigada. Espectroscopia Raman e difração de raios X foram utilizadas para confirmar a formação da fase. O comportamento de transporte do portador de carga da amostra foi verificado usando análise de fotocorrente dependente do tempo. O experimento de piezofotocatálise produziu uma eficiência de degradação de 63% para a amostra Bi2VO5.5 moída em esfera. A cinética de pseudo-primeira ordem da degradação do corante piezofotocatalítico é discernida, e o valor k significativo de 0,00529 min-1 é alcançado. O teste de eliminação declara que o radical h+ é a espécie ativa predominante durante o experimento de piezofotocatálise. Sementes de Vigna radiata foram utilizadas em teste de fitotoxicidade para avaliar o índice de germinação. O método de ativação mecanoquímica facilita as reações diminuindo a temperatura e o tempo de reação. O efeito da eficiência piezofotocatalítica aprimorada no pó Bi2VO5.5 moído em esfera é uma área inexplorada e tentamos investigá-la. Aqui, o pó Bi2VO5.5 moído em esfera alcançou melhor desempenho de degradação do corante.

Actualmente, a rápida taxa de industrialização empurrou a sociedade humana para uma nova era onde a conservação do ambiente é uma grande preocupação. As pessoas começaram a perceber a necessidade de conservação ambiental, encontrando melhores formas de lidar com os danos ambientais1. Os poluentes orgânicos que são frequentemente empregados nas indústrias alimentícia, farmacêutica, gráfica, de tinturaria e outras incluem corantes e antibióticos2. Os corantes orgânicos são um componente significativo das águas residuais industriais, uma vez que as indústrias têxteis os descarregam em grandes quantidades directamente em fontes aquáticas, causando sérios riscos ambientais e também sendo prejudiciais à saúde humana3. Os poluentes orgânicos, sendo cancerígenos e venenosos, deterioram a saúde aquática, animal e humana4. Numerosos estudos foram conduzidos e publicados na literatura para criar métodos padrão para remoção de poluentes de águas residuais industriais5,6. Os métodos convencionais de purificação de água, como coagulação, adsorção, ultrafiltração e degradação microbiana, têm sido a norma para o tratamento de águas residuais até recentemente7. Porém, essas técnicas apresentam a falha de terem baixa eficiência de remoção, do poluente secundário que necessita de tratamento adicional, e dificuldade em eliminar contaminantes com baixas concentrações7,8. Portanto, tornou-se vital criar processos eficientes e ecologicamente aceitáveis ​​para decompor estes contaminantes orgânicos.

Vários processos físicos, químicos e biológicos são agora utilizados para o tratamento de águas residuais têxteis9. A tecnologia testada e acessível é a fotocatálise e a piezocatálise10,11. São considerados alternativas verdes devido ao seu potencial de serem ecologicamente corretos e eliminarem contaminantes orgânicos de soluções aquosas com alta eficiência4,12. Na fotocatálise de semicondutores, é necessário melhorar o fotocatalisador para aumentar sua capacidade de absorver luz e, ao mesmo tempo, facilitar a separação de diferentes portadores de carga . Os fotocatalisadores semicondutores mostraram um potencial notável na fotocatálise devido às suas estruturas de bandas únicas, mobilidade e excelente separação de portadores de carga fotogerados . Os benefícios da fotocatálise incluem a capacidade de oxidar toxinas à temperatura ambiente em baixas concentrações, a redução de poluentes secundários, o baixo custo e a não toxicidade, o que a torna apropriada para a degradação dos contaminantes16,17. Anatase TiO2 é atualmente o fotocatalisador mais preferido devido ao seu maior poder oxidante, menor preço e excelente estabilidade química . Devido ao seu amplo bandgap (3,20 eV) e à vida útil relativamente pequena dos portadores foto-induzidos, o TiO2 tem baixa eficiência quântica, uma vez que só pode absorver a parte UV dos raios solares . Portanto, é fundamental criar um fotocatalisador eficaz com luz visível ativa. Além da fotocatálise, a piezocatálise induzida por vibração ultrassônica também pode ser utilizada isoladamente ou em combinação para tratamento de águas residuais . Tem havido uma imensa busca para criar novos fotocatalisadores que respondam à luz visível de forma mais eficaz. Os semicondutores de base dupla têm atraído atenção considerável devido às suas novas características e fácil disponibilidade de matérias-primas . Na presença das bandas de valência hibridizadas Bi (6s) e O (2p), muitos óxidos contendo Bi3+ apresentam características fotocatalíticas . Como novos materiais fotocatalíticos, foram relatadas substâncias à base de bismuto, como BiVO4, Bi2WO6, Bi2MoO6, CaBi2O4, BiNbO4 e Bi2VO5.51,24,25,26,27. Os óxidos à base de bismuto, como o vanadato de bismuto, possuem características espetaculares como resistência à corrosão, não toxicidade, ferroelasticidade e condutividade iônica28,29. Em contraste com a maioria dos materiais ferroelétricos, o vanadato de bismuto (Bi2VO5.5, (BV)) exibe simultaneamente alta mobilidade iônica e respostas polares, duas propriedades que são tipicamente incompatíveis30,31. Existem inúmeras aplicações para ele, incluindo catalisadores, eletrólitos sólidos, sensores de gás e materiais de eletrodos positivos para baterias recarregáveis ​​de lítio32,33,34. O Bi2VO5.5 pode ser produzido usando diversas técnicas, incluindo sol-gel, coprecipitação, reação no estado sólido e micro-ondas33,35,36. O comportamento piezoresponsivo é resultado da estrutura ortorrômbica não centrossimétrica da VB37,38. O material sofreu polarização espontânea devido à polarização estável discreta que foi induzida pela célula unitária não centrossimétrica . A polarização superficial resultante leva a regiões de flexão de banda e carga espacial . A fórmula padrão para Bi2VO5.5 é (Bi2O2)2+ (An−1BnO3n+1)2−, onde B representa íons hexa-, tetra- e pentavalentes, n para o número de blocos de perovskita espremidos entre camadas de Bi2O2, e A para íons di-, tri- e monovalentes40,41. BV possui uma estrutura em camadas como BiVO442. Devido ao seu baixo bandgap, o BV é usado em uma ampla faixa de absorção de luz visível . O método tradicional de síntese cerâmica requer alta temperatura e mais tempo de reação43. O método de ativação mecanoquímica facilita as reações diminuindo a temperatura e o tempo de reação sem alterar a estequiometria . Tem sido efetivamente utilizado para acelerar a formação de compostos e transições de fase, bem como para melhorar as propriedades físico-químicas de novos materiais . Além disso, a área superficial do catalisador é um componente crucial. A ampla área superficial da nanopartícula catalisadora permite a adsorção de moléculas de corante que são suficientes para a captura de fótons e produção de pares elétron-buraco, o que pode melhorar a atividade fotocatalítica . Foi relatado que material de pequeno tamanho de partícula é produzido por meio de processos ativados por sol-gel, co-precipitação, micro-ondas e moagem mecanoquímica (MBM) . Devido à sua vasta área superficial, o tamanho pequeno das partículas é vantajoso para aumentar a eficiência catalítica . Xie et al.48 degradaram com sucesso o azul de metileno (MB) usando nanopartículas de Au depositadas em Bi2VO5.5 com uma eficiência de 85,2%. Jianmin Wang et al. empregaram uma nanoestrutura BiVO4 / Bi2VO5.5 para degradar o laranja de metileno (MO) em 95% na presença de luz visível . Filmes compósitos Bi2VO5.5/Bi2O3 foram utilizados por Xie et al. para atingir 89,97% de eficiência de degradação do corante MB sob luz solar simulada 1.