Síntese e caracterização de nanocompósito Ce0,5Bi0,5VO4/rGO pelo método sonoquímico para dessulfurização fotocatalítica de derivados de petróleo

Dec 30, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14094 (2023) Citar este artigo

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A fim de melhorar a eficiência de dessulfuração de derivados de petróleo, o nanocompósito Ce0.5Bi0.5VO4/rGO foi sintetizado pelo método sonoquímico. Os nanocompósitos preparados foram caracterizados por análises de XRD, FESEM, EDS, FT-IR, BET e DRS. A análise XRD mostra que o nanocompósito sintetizado é amorfo. As imagens do FESEM mostraram que nanoestruturas com menor distribuição de tamanho de partícula foram sintetizadas em condições ótimas, ou seja, controlando a temperatura de síntese entre 0 e 5 °C. Os resultados da dessulfurização mostraram que os nanocompósitos contendo óxido de grafeno reduzido (rGO) apresentam maior eficiência fotocatalítica do que amostras puras, cuja principal razão pode ser uma melhor separação de carga nas amostras através do elétron π na estrutura rGO. A maior quantidade de dessulfurização dos nanocompósitos CeVO4/rGO, BiVO4/rGO e Ce0,5Bi0,5VO4/rGO foi 95,62, 91,25 e 96,38%, respectivamente, após exposição à luz UV por 40 min. O aumento da atividade fotocatalítica do compósito Ce0.5Bi0.5VO4 / rGO pode ser atribuído à separação eficiente dos pares elétron-buraco e à inibição da recombinação. A dessulfuração na presença de ácido clorídrico e peróxido de hidrogênio aumentou a eficiência em 12%, o que é um valor significativo.

Nas últimas décadas, questões ambientais críticas causadas pelos combustíveis fósseis devido ao aumento do uso de combustíveis diesel e gasolina e à combustão de combustíveis contendo enxofre que causam a liberação de SOX1,2,3. Vale ressaltar que existem diferentes tipos de compostos de enxofre no combustível que liberam SOX após a combustão4. Os compostos de enxofre são tóxicos e, com o rápido desenvolvimento da indústria automobilística, envenenam os catalisadores de oxidação que liberam os gases de escapamento do motor5. Os compostos de enxofre são convertidos em óxido, sulfato e enxofre, o que provoca a produção de chuva ácida, neblina fotoquímica, problemas respiratórios e ameaça gravemente a saúde humana e o ecossistema6,7.

O processo de dessulfurização profunda de combustíveis hidrocarbonetos tem sido considerado devido às exigências de transporte e também aos efeitos ao meio ambiente. Para resolver este problema, a maioria dos países desenvolveu normas rigorosas para limitar a quantidade de enxofre no combustível. De acordo com estas normas, a quantidade de enxofre é inferior a 10 ppm e até zero no futuro. Como resultado, um dos objetivos mais importantes dos pesquisadores nos últimos anos é adoçar produtos petrolíferos provenientes desses compostos8,9,10,11. Portanto, surgiram diferentes métodos de dessulfuração e o mais importante é a dessulfuração com hidrogênio. Nesse processo, a dessulfuração é feita por hidrogênio sob alta temperatura e pressão com catalisador12,13. Para atingir condições operacionais amenas, outros métodos foram investigados, tais como: dessulfurização extrativa, dessulfurização biológica, dessulfurização por absorção, dessulfurização oxidativa, etc.14,15,16. A dessulfurização oxidativa fotocatalítica é basicamente uma tecnologia avançada do método de dessulfurização oxidativa que utiliza um catalisador eficiente na presença de luz para aumentar a taxa de oxidação de compostos de enxofre17. Este método pode ser aplicado em temperatura ambiente e pressão atmosférica com alta seletividade, e devido ao seu baixo custo e capacidade de utilização da fonte solar, também pode ser utilizado em escala industrial1. Neste método, o par elétron-buraco é absorvido na superfície do catalisador, e essa absorção é devida à energia maior ou igual ao bandgap que os semicondutores podem produzir buracos de hidroxila sob irradiação de luz ultravioleta. Enquanto isso, as transferências de elétrons de peróxido para oxigênio ou peróxido para hidrogênio para produzir ânion, O2⋅− ou radical hidroxila (⋅OH) são fortes. A capacidade de oxidar o estado básico na superfície do catalisador transforma-o em íons sulfona, sulfóxido ou sulfato, que são removidos pela água18.