Nanocompósito Potencializado por Zeólita Destrói 94% da Poluição por Corantes Têxteis sob Luz Visível

Corantes têxteis industriais, particularmente o azul de metileno (MB), são poluentes ambientais persistentes, tóxicos à saúde humana e aos ecossistemas aquáticos. Os métodos convencionais de tratamento de água enfrentam dificuldades devido à biodegradabilidade limitada dessas substâncias, o que impulsiona o interesse em processos de oxidação avançada baseados em fotocatalisadores. Este estudo, conduzido por pesquisadores etíopes, investiga um novo nanocompósito multicomponente projetado para degradar esses corantes de forma eficiente sob luz visível — uma vantagem crítica, já que sistemas que operam exclusivamente com luz UV são energeticamente intensivos e inviáveis em larga escala.

A equipe sintetizou diversos fotocatalisadores utilizando métodos de precipitação e impregnação: nanopartículas puras de ZnO e CeO₂, compósitos binários MWCNTs/ZnO e ZnO/CeO₂, compósitos ternários MWCNTs/ZnO/CeO₂ (denominados T1, T2, T3 conforme o teor de MWCNTs) e um compósito ternário final suportado em zeólita-Y (TZ). Os MWCNTs foram previamente purificados com H₂SO₄/HNO₃ para introduzir grupos funcionais na superfície, melhorando a ligação com os óxidos metálicos. Todos os materiais foram caracterizados por DRX (confirmando as fases cristalinas ZnO hexagonal do tipo wurtzita e CeO₂ cúbico do tipo fluorita), espectroscopia UV-Vis (para medir o bandgap e a absorção de luz) e espectroscopia de fotoluminescência (para avaliar a recombinação de portadores de carga). A microscopia eletrônica de varredura (MEV) também foi utilizada para a análise morfológica.

Os testes fotocatalíticos empregaram 140 mg de cada catalisador em 100 mL de solução de MB a 10 ppm, irradiada por uma lâmpada fluorescente de luz visível de 85 W a 480 nm. Um período de equilíbrio no escuro de 60 minutos precedeu a iluminação. As amostras foram coletadas a cada 20 minutos, centrifugadas e analisadas a 665 nm. O nanocompósito TZ com zeólita atingiu 93,71% de degradação do MB sob luz visível, em comparação com 83,21% para o melhor compósito ternário (T3) sem zeólita. Quando testado em efluentes têxteis reais da indústria têxtil de Bahir Dar, na Etiópia, o TZ degradou 76,75% dos poluentes, enquanto alcançou aproximadamente 94,12% de degradação em um ensaio separado apenas com MB. Testes de reciclabilidade ao longo de quatro ciclos consecutivos demonstraram uma redução de 20,8% na eficiência, confirmando estabilidade razoável, porém não total.

Os ganhos de desempenho são mecanisticamente coerentes. O CeO₂ atua como sensibilizador de luz visível devido ao seu ciclo redox Ce³⁺/Ce⁴⁺ e ao bandgap de 2,7–3,4 eV, injetando elétrons na banda de condução do ZnO e suprimindo a recombinação elétron-lacuna. Os MWCNTs fornecem grande área superficial, funcionam como condutores de elétrons por meio de interações π–π e estabilizam a separação de cargas. A zeólita-Y adiciona uma estrutura de alta área superficial e troca iônica que concentra o MB catiônico próximo aos sítios fotocatalíticos, aumentando o tempo de contato e a eficiência de degradação. Essa sinergia entre os mecanismos de adsorção e fotocatálise constitui uma inovação fundamental.

As ressalvas incluem a escala laboratorial dos testes, o uso de um sistema modelo com corante sintético e a ausência de estudos mecanísticos detalhados — como experimentos de captura de radicais — para confirmar as vias de espécies reativas de oxigênio. A degradação em águas residuais reais (76,75%) foi notavelmente inferior aos resultados obtidos com MB puro, refletindo a complexidade da matriz dos efluentes industriais. A durabilidade a longo prazo além de quatro ciclos e a escalabilidade para sistemas piloto ou industriais ainda precisam ser demonstradas.