Desenvolvimento de um fotoreator para aplicação em síntese fotoquímica de nanopartículas e estudo de fotocatálise

O presente trabalho apresenta a construção e caracterização de um fotoreator semiautomatizado baseado em Arduino, operando em modo de batelada, servindo como uma ferramenta versátil e precisa para várias aplicações fotoquímicas. O fotoreator foi avaliado em relação ao fluxo de fótons e parâmetros de potência do reator, demonstrando um rendimento quântico aproximado de 80% com diferentes fontes de irradiação testadas. O sistema oferece fluxos de fótons (If) de 2,42x1019, 5,64x1018 e 1,31x1017 fótons/s, e potências do reator (Iw) de 275, 316 e 374 mW/cm2 para lâmpadas de UV-A, UV-B e UV-C, respectivamente. O fotoreator permite a operação com diferentes fontes de radiação, controle de temperatura e tempo de exposição, exibe informações em um painel LCD e pode incorporar sensores/atuadores adicionais em seu design. Especificamente, o sensor de temperatura foi calibrado e demonstrou uma transferência eficiente de energia através do revestimento externo, mantendo uma temperatura constante da mistura reacional durante a operação, demonstrando que a automação com Arduino facilita a usabilidade e aprimora a confiabilidade experimental. Com seus recursos avançados e controles precisos, o fotoreator destaca-se como uma ferramenta valiosa para estudos fotoquímicos, incluindo síntese fotoquímica inorgânica ou orgânica, degradação de materiais orgânicos e fotocatálise heterogênea. Por fim, para demonstrar sua funcionalidade, realizou-se a síntese fotoquímica de nanopartículas de ouro (AuNP), bem como sua utilização na degradação do corante Safranina. Primeiramente, conduziu-se a síntese fotoquímica de AuNP sob diferentes tempos de exposição à radiação UV-A e condições de controle de temperatura. Foi possível constatar que o processo fotoquímico, combinado com o controle térmico da mistura reacional, permitiu obter AuNP com tamanho de partícula controlado. As análises de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) mostraram que a temperatura de 70°C e um tempo de exposição de 20 minutos são suficientes para a obtenção de AuNP com tamanho médio de 15,6 ± 4,0 nm. Por último, na fotodegradação do corante, foi possível observar que a alta potência do fotoreator é capaz de degradar o corante com taxa de degradação de aproximadamente 96% utilizando lâmpada UV-C.