Bola

Jul 09, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8188 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A moagem mecanoquímica seguida de aquecimento a 650 °C por 5 h produziu com sucesso o pó Bi2VO5.5 monofásico. A atividade catalítica para a degradação do corante azul de metileno foi investigada. Espectroscopia Raman e difração de raios-X foram usadas para confirmar a formação da fase. O comportamento de transporte de portadores de carga da amostra foi verificado usando análise de fotocorrente dependente do tempo. O experimento de piezofotocatálise rendeu uma eficiência de degradação de 63% para a amostra de Bi2VO5.5 moída com esferas. 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 scavenger 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 de Bi2VO5.5 moído com bolas é uma área inexplorada e tentamos investigá-la. Aqui, o pó de Bi2VO5.5 moído com esferas obteve melhor desempenho na degradação do corante.

Atualmente, a rápida taxa de industrialização empurrou a sociedade humana para uma nova era onde a conservação do meio ambiente é uma grande preocupação. As pessoas começaram a perceber a necessidade de conservação ambiental, encontrando melhores maneiras de lidar com os danos ambientais1. Poluentes orgânicos que são empregados com muita frequência em indústrias alimentícias, farmacêuticas, gráficas, tinturarias e outras indústrias 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 diretamente em fontes aquáticas, causando sérios riscos ambientais e também prejudiciais à saúde humana3. 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 a remoção de poluentes de águas residuais industriais5,6. 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. No entanto, essas técnicas apresentam o defeito de apresentar baixa eficiência de remoção, do poluente secundário que necessita de tratamento posterior e dificuldade de eliminação de contaminantes com baixas concentrações7,8. Portanto, tornou-se vital criar processos eficientes e ecologicamente aceitáveis ​​para quebrar esses contaminantes orgânicos.

Múltiplos processos físicos, químicos e biológicos são agora usados ​​para o tratamento de efluentes têxteis9. A tecnologia testada e acessível é a fotocatálise e a piezocatálise10,11. São consideradas alternativas verdes devido ao seu potencial de serem amigas do meio ambiente e eliminarem contaminantes orgânicos de soluções aquosas com alta eficiência4,12. Na fotocatálise de semicondutores, a melhoria do fotocatalisador é necessária para aumentar suas habilidades de absorção de luz, facilitando a separação de diferentes portadores de carga13,14. Os fotocatalisadores semicondutores mostraram um potencial notável em fotocatálise por causa de suas estruturas de banda únicas, mobilidade e excelente separação de portadores de carga fotogerados15. Os benefícios da fotocatálise incluem a capacidade de oxidar toxinas à temperatura ambiente em baixas concentrações, a redução de poluentes secundários, baixo custo e não toxicidade, o que a torna apropriada para a degradação dos contaminantes16,17. Anatase TiO2 é atualmente o fotocatalisador preferido devido ao seu maior poder oxidante, menor preço e excelente estabilidade química18,19. Devido ao seu amplo bandgap (3,20 eV) e ao relativamente pequeno tempo de vida dos portadores fotoinduzidos, o TiO2 tem baixa eficiência quântica, pois só pode absorver a parte UV dos raios solares1,18. Portanto, é fundamental criar um fotocatalisador ativo de luz visível eficaz. Além da fotocatálise, a piezocatálise induzida por vibração ultrassônica também pode ser utilizada sozinha ou em combinação para o tratamento de águas residuais20,21. Tem havido uma imensa busca para criar novos fotocatalisadores que respondam à luz visível de forma mais eficaz. Os semicondutores de base bi têm atraído atenção considerável devido às suas características inovadoras e fácil disponibilidade de matérias-primas7,22. Na presença das bandas de valência Bi (6s) e O (2p) hibridizadas, muitos óxidos contendo Bi3+ apresentam características fotocatalíticas23. Como novos materiais fotocatalíticos, substâncias à base de bismuto como BiVO4, Bi2WO6, Bi2MoO6, CaBi2O4, BiNbO4 e Bi2VO5.5 têm sido relatadas1,24,25,26,27. Os óxidos à base de bismuto, como o vanadato de bismuto, possuem características espetaculares como resistência à corrosão, atoxicidade, 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 eletrodo positivo para baterias recarregáveis ​​de lítio32,33,34. O Bi2VO5.5 pode ser produzido por várias técnicas, incluindo sol-gel, coprecipitação, reação em estado sólido e micro-ondas33,35,36. O comportamento piezorresponsivo é resultado da estrutura ortorrômbica não centrossimétrica do BV37,38. O material sofreu polarização espontânea devido à polarização estável discreta induzida pela célula unitária não centrossimétrica39. A polarização de superfície resultante leva a dobras de banda e regiões de carga espacial39. 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 as camadas de Bi2O2, e A para íons di-, tri- e monovalentes40,41. BV tem uma estrutura em camadas como BiVO442. Devido ao seu baixo bandgap, o BV é usado em uma ampla faixa de absorção de luz visível42. 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 estequiometria43. Tem sido efetivamente usado para acelerar a formação de compostos e transições de fase, bem como para melhorar as propriedades físico-químicas de novos materiais43,44. Além disso, a área de superfície do catalisador é um componente crucial. A ampla área de superfície da nanopartícula do catalisador permite a adsorção de moléculas de corante que são suficientes para a captura de fótons e produção de par elétron-lacuna, o que pode melhorar a atividade fotocatalítica45,46. Relatou-se que material de tamanho de partícula pequeno é produzido por processos ativados por sol-gel, coprecipitação, micro-ondas e moagem mecanoquímica (MBM)33,47. Devido à sua vasta área de superfície, o tamanho de partícula pequeno é vantajoso para aumentar a eficiência catalítica45. Xie et al.48 degradaram com sucesso o azul de metileno (MB) usando nanopartículas de Au depositadas sobre Bi2VO5.5 com uma eficiência de 85,2%. Jianmin Wang et ai. empregou uma nanoestrutura BiVO4/Bi2VO5.5 para degradar o laranja de metileno (MO) em 95% na presença de luz visível42. Filmes compostos Bi2VO5.5/Bi2O3 foram usados ​​por Xie et al. para atingir 89,97% de eficiência de degradação de corante MB sob luz solar simulada 1.