Estudo do MOF MIL-125 em heterojunção com Nitreto de Carbono Grafítico para uso em fotocatálise no espectro da luz visível

Abstract

Este estudo teve como principal objetivo o desenvolvimento e a avaliação de um material fotocatalítico baseado na heterojunção entre o Metal-Organic Framework MIL-125 e o Nitreto de Carbono Grafítico, (g-C3N4), visando à aplicação na degradação de poluentes orgânicos em matrizes aquáticas, utilizando luz solar como fonte primária de radiação. Foram sintetizados o MIL-125, o g-C3N4 e heterojunções a partir da mistura de ambos, nas proporções percentuais em massa do MOF MIL-125, ( 5%, 10%, 20% e 50%) e denominadas F5, F10, F20 e F50 respectivamente. Os resultados da caracterização mostraram que as amostras apresentaram as características desejadas, além disso, as heterojunções apresentaram band gap em torno de 2,5 eV, o que torna possível absorver luz em comprimentos de ondas maiores, inclusive no visível. Os testes de fotodegradação do corante RhB, com o compósito F50 em pH otimizado (pH 6), demonstrou muito boa performance tanto sob irradiação solar quanto em reator, atingindo uma descoloração de 97% após 120 min de irradiação solar. Isso corresponde a um aumento de aproximadamente 29% em relação ao MIL-125 puro e de 15% em relação ao g-C3N4. Nos ensaios em reator, o F50 manteve boa performance, com 96% de descoloração após irradiação por 210 minutos, o que representa um aumento de cerca de 28% em comparação ao MIL-125 e 12% em relação ao g-C3N4 nas mesmas condições. Esses resultados atestam a boa sinergia entre os dois materiais levando a performance realmente superior comparada com as amostras puras testadas. A cinética da reação fotocatalisada foi analisada e os dados experimentais sugerem modelo de pseudo-primeira ordem para o F50, pseudo-segunda ordem para o g-C3N4, MIL-125 e F20, enquanto que para as heterojunções F5 e F10 não foi possível determinar o melhor modelo cinético. A reutilização do compósito F50 foi testada em três ciclos consecutivos de fotocatálise, com resultados mostrando que o material manteve uma eficiência acima de 80% após 150 minutos de irradiação, mesmo após múltiplos ciclos. Esse desempenho consistente é crucial para possibilidade de aplicação prática em processos de descontaminação de água. A reutilização, combinada com alta eficiência fotocatalítica, torna o F50 uma solução promissora não apenas do ponto de vista técnico, mas também econômico e ambiental, reduzindo a necessidade de substituição frequente do material catalítico e, consequentemente, os custos operacionais.