Perovskita livre de chumbo para tratamento de efluentes e combate a patógenos: NaNbO3 com propriedades fotocatalítica e antibacteriana
Resumo
A fotocatálise heterogênea tem se consolidado como uma tecnologia eficaz para o
enfrentamento de desafios ambientais, especialmente no tratamento de efluentes
contendo poluentes recalcitrantes. Entre os materiais investigados como
fotocatalisadores, o niobato de sódio (NaNbO3), um semicondutor com estrutura
cristalina do tipo perovskita, tem despertado interesse devido às suas propriedades
físico-químicas favoráveis para este fim. Embora propriedades antibacterianas
representem um diferencial importante nos materiais devido ao avanço de cepas
resistentes, o uso do NaNbO3 em aplicações antimicrobianas ainda é pouco
explorado. Diante disso, o objetivo desta tese, estruturada em cinco artigos
científicos, foi investigar as propriedades fotocatalítica e antibacteriana do NaNbO3
e de suas modificações estruturais e composicionais, visando sua aplicação na
remoção de poluentes emergentes em meio aquoso e no combate a bactérias
patogênicas. No primeiro artigo, o NaNbO3 foi sintetizado pelo método hidrotérmico
assistido por micro-ondas (MHAM), seguido de tratamento térmico, resultando em
nanofios e nanogrãos com elevada atividade fotocatalítica. O aumento da
temperatura de calcinação promoveu a conversão dos nanofios em nanogrãos, que
apresentaram desempenho superior na degradação do corante Rodamina B (RhB)
sob luz UV. A elevada eficiência fotocatalítica foi atribuída à combinação entre alta
cristalinidade e morfologia favorável. No segundo artigo, foi desenvolvido um
fotocatalisador heteroestruturado a partir dos nanogrãos de NaNbO3 previamente
obtidos e eumelanina (pigmento extraído de resíduo de cabelo humano). A ampla
absorção óptica da eumelanina, aliada à separação eficiente de cargas promovida
pela junção dos materiais, possibilitou a degradação do RhB sob luz visível. Nos três
artigos seguintes, o NaNbO3 foi sintetizado, também pelo MHAM, e a influência da
dopagem com Cu(II), Al(III) e Zn(II) na sua atividade fotocatalítica foi analisada. A
inserção desses dopantes promoveu alterações na simetria cristalina e influenciou
significativamente as propriedades ópticas da perovskita. Em concentrações
otimizadas, a dopagem reduziu o band gap e a taxa de recombinação das cargas
fotogeradas, resultando em maior eficiência na degradação do RhB. Nos estudos
com Cu(II) e Zn(II), também foi avaliada a atividade antibacteriana. A dopagem com
Cu(II) resultou na inibição do crescimento da bactéria Escherichia coli (E. coli). No
estudo com Zn(II), o NaNbO3 puro exibiu ação antibacteriana expressiva contra E.
coli, Staphylococcus aureus (S. aureus) e Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae),
enquanto a amostra dopada também inibiu o crescimento bacteriano, mas com
eficácia dependente da concentração. Dessa forma, os resultados obtidos
evidenciam o grande potencial do NaNbO3 como fotocatalisador para purificação de
águas residuais e como agente antimicrobiano. Adicionalmente, os artigos
produzidos no âmbito desta tese foram os primeiros a reportar a atividade
antibacteriana do NaNbO3 puro, sem estímulo adicional, frente à E. coli, bem como
a demonstrar sua eficácia contra K. pneumoniae e S. aureus.