Utilização de desperdícios de coco na preparação e utilização de fotocatalisadores de base de carbono

Abstract

Neste estudo, foram preparados carvões ativados a partir de desperdícios do fruto do coqueiro (mesocarpo e endocarpo), biomassa sem valor comercial e abundantemente disponível em Timor-Leste. Este materiais de base carbono apresentam um elevado potencial para aplicação na remoção de poluentes orgânicos. Neste trabalho, os precursores foram submetidos a ativação química, utilizando H₃PO₄, HCl, NaOH e KOH, e numa fase posterior fez-se incorporação de dióxido de titânio (TiO₂) para melhorar o desempenho fotocatalítico destes materiais de carbono. Os materiais foram caracterizados por espectroscopia FTIR-ATR e adsorção de azoto a 77 K. Os resultados mostram um conjunto de materiais com características distintas, de natureza básica e ácida, com área total superficial no intervalo entre 287 e 453 m2/g. A atividade fotocatalítica foi avaliada com base na degradação do fenol (10 ppm) sob irradiação ultravioleta (UV, 800 W/m2) e quantificada por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), Carbono Orgânico Total (TOC) e espectrofotometria UV-Vis. As maiores eficiências de degradação fotocatalítica de fenol foram alcançadas com os carvões ativados com NaOH ou KOH (na proporção de 3:1) e com 5–10% de TiO₂ incorporado. Em contraste, as amostras ativadas com HCl ou H₃PO₄ e modificadas com teores semelhantes de TiO₂ exibiram baixa eficiência. Os precursores não modificados apresentaram o pior desempenho. Estes resultados demonstram o papel crucial da natureza do agente ativante na funcionalização da superfície do fotocatalisador assim como, do efeito catalisador do TiO2, na otimização de materiais de base de carbono para aplicações de remediação ambiental; - Utilisation of Coconut Waste in the Preparation and Application of Carbon-Based Photocatalysts Abstract: In this study, activated carbons were prepared from waste materials of the coconut fruit (mesocarp and endocarp), a biomass with no commercial value and abundantly available in Timor-Leste. These carbon-based materials show great potential for application in the removal of organic pollutants. In this work, the precursors underwent chemical activation using H₃PO₄, HCl, NaOH, and KOH, followed by the incorporation of titanium dioxide (TiO₂) to enhance the photocatalytic performance of these carbon materials. The materials were characterized by FTIR-ATR spectroscopy and nitrogen adsorption at 77 K. The results show a set of materials with distinct characteristics, both basic and acidic in nature, with total surface areas ranging from 287 to 453 m²/g. Photocatalytic activity was evaluated based on the degradation of phenol (10 ppm) under ultraviolet irradiation (UV, 800 W/m²), and quantified by high-performance liquid chromatography (HPLC), Total Organic Carbon (TOC) and UV-Vis spectrophotometry. The highest photocatalytic degradation efficiencies of phenol were achieved with activated carbons treated with NaOH or KOH (in a 3:1 ratio) and with 5–10% incorporated TiO₂. In contrast, the samples activated with HCl or H₃PO₄ and modified with similar TiO₂ contents exhibited low efficiency. The unmodified precursors showed the worst performance. These results demonstrate the crucial role of the activating agent’s nature in the surface functionalization of the photocatalyst, as well as the catalytic effect of TiO₂ in optimizing carbon-based materials for environmental remediation applications.