Nanocompósitos à base de quitosana para sistemas de fotocatálise aplicados na geração de hidrogênio

Abstract

A crise energética e o uso intenso de combustíveis fósseis tem causado impactos econômicos e ambientais em todo o mundo. O alto custo e a poluição gerada pela queima dos combustíveis convencionais tem motivado a busca por fontes de energia mais limpas e renováveis. O hidrogênio surge como uma alternativa promissora, sendo um combustível de emissão zero, com alta eficiência energética e uma versatilidade de produção, sendo uma delas através da fotocatálise, um processo fácil e de baixo custo. Nesse contexto, o presente projeto desenvolveu e caracterizou nanocompósitos à base de quitosana com nanopartículas metálicas e magnéticas para o uso em sistemas de fotocatálise na geração de hidrogênio. As nanopartículas metálicas atuam como sítios catalíticos reduzindo a energia necessária para iniciar a reação. Já a incorporação de nanopartículas magnéticas permite que o material seja removido do meio através de um campo magnético externo, possibilitando a recuperação e reutilização do catalisador. O nanocompósito foi obtido a partir da nanopartículas magnéticas sintetizadas pelo método de coprecipitação química, posteriormente adicionada em uma matriz de quitosana contendo nanopartículas metálicas dispersas. O sistema de geração de hidrogênio contendo um reator de quartzo vedado, rodeado por uma cabine de radiação UV e conectado por uma mangueira a uma proveta invertida preenchida com água, permitiu quantificar o hidrogênio gerado pelo volume deslocado durante a reação. O material foi analisado em termos de propriedades físico-químicas e a eficiência no sistema de fotocatálise para produção de hidrogênio. Os resultados de FTIR, MEV, DRX confirmam uma síntese bem sucedida e uma boa incorporação de todos os constituintes dos nanocompósitos. A análise de TGA demonstra uma boa estabilidade térmica do material, com início de degradação em 250°C, enquanto o resultado do VSM indica uma magnetização de 46,44 emu·g⁻¹ e baixa coercividade. Os resultados para a produção de hidrogênio por fotocatálise apresentaram baixa atividade nas condições avaliadas, apesar do ensaio catalítico apresentar uma geração de 4mL de gás, enquanto o método de catálise por meio da hidrólise do borohidreto de sódio (NaBH4), utilizado para comparação, teve uma produção aproximada de 40 mL. Estudos futuros visando a otimização das condições reacionais são necessários para aumentar a eficiência da produção de hidrogênio.