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Estudo de titanatos nanoestruturados obtidos por tratamento hidrotérmico de óxido de titânio em meio alcalino

by Júnior, Edisson Morgado

Abstract (Summary)
Titanatos nanoestruturados, particularmente TiTanatos NanoTubulares (TTNT), foram sintetizados por tratamento hidrotérmico alcalino de TiO2-anatásio seguido de repetidas lavagens com diversos graus de troca protônica. Amostras de TTNT com diferentes teores de sódio foram caracterizadas na forma de pó seco e após calcinação (200-800ºC) por difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, difração de elétrons, análise térmica, adsorção de nitrogênio e técnicas espectroscópicas de infravermelho e de refletânciadifusa no UV-Visível. Demonstrou-se que tais materiais de paredes multilamelares são trititanatos de fórmula geral NaxH2?xTi3O7·nH2O, retendo água entre as lamelas. A remoção de sódio da estrutura reduz a quantidade de água contraindo o espaço interlamelar levando, combinado a outros fatores, ao aumento da área e do volume de poros específicos. Os TTNTs são materiais mesoporosos com duas contribuições principais: poros menores que 10 nm devido ao volume interno dos nanotubos e poros entre 5 e 60 nm devido aos espaços interpartícula. A composição química e a estrutura cristalina do TTNT não dependem do tamanho de cristalito do TiO2-anatásio precursor, todavia este parâmetro afeta significativamente a morfologia e as características texturais do produto nanoestruturado. Tal dependência foi racionalizada através de um mecanismo de dissolução-recristalização que leva em conta a velocidade de dissolução do TiO2 de partida e sua influência sobre a taxa de crescimento de nanofolhas intermediárias em relação à taxa de seu curvamento a nanotubos. A estabilidade térmica do TTNT é definida pelo teor de sódio e em pequena extensão pelo tipo de anatásio de partida. Foi demonstrado que o TTNT após perder a água intercalada entre 100 e 200ºC se transforma pelo menos parcialmente num hexatitanato NaxH2?xTi6O13 intermediário ainda nanotubular. A transformação térmica do tri- e hexatitanato nanoestruturados ocorre em maior ou menor temperatura e segue diferentes rotas dependendo do teor de sódio. No caso de alto sódio sinterizam e crescem até grandes cristais de Na2Ti3O7 e Na2Ti6O13 na forma de bastões e fitas acima de 600ºC. No caso da amostra protonizada evoluem para nanotubos de TiO2(B) que facilmente se convertem em nanobastões de anatásio acima de 400ºC. Além de hidroxilas e acidez de Lewis típicos dos óxidos de titânio, os TTNTs apresentam uma pequena contribuição de acidez protônica capaz de se coordenar com a piridina a 150ºC, e que é perdida após sua calcinação e transformação à anatásio. O ponto isoelétrico do TTNT variou dentro da faixa 2,5- 4,0, indicando o comportamento de um ácido fraco. Apesar de se revelar um semicondutor exibindo banda de absorção típica no espectro de UV-visível com energia de bandgap ligeiramente superior ao do respectivo TiO2-anatásio precursor, os TTNTs apresentaram baixo desempenho fotocatalítico na degradação de corantes catiônico e aniônico. Concluiu-se que a causa fundamental reside em sua estrutura de titanato lamelar que, em relação à forma TiO2, apresentaria maior probabilidade de recombinação do par elétron-lacuna (e-/h+), inibindo as reações de fotoxidação. A transformação do TTNT protônico à nanobastões de anatásio melhorou a atividade fotocatalítica, porém ainda sem atingir o mesmo desempenho do TiO2-anatásio precursor
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Bibliographical Information:

Advisor:Dulce Maria de Araújo Melo; Otom Anselmo de Oliveira; Fernando Cosme Rizzo Assunção; Elson Longo da Silva; Antonio Souza Araújo

School:Universidade Federal do Rio Grande do Norte

School Location:Brazil

Source Type:Master's Thesis

Keywords:Síntese hidrotérmica alcalina Transformação de fases Mecanismo dissolução-recristalização

ISBN:

Date of Publication:08/24/2007

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