Preparação de soluções poliméricas para a obtenção de nanofibras por electrospinning

A preferência pela utilização de nanomateriais deve-se a propriedades como o tamanho reduzido das partículas, forma diversificada e grande área de superfície específica. Numerosas soluções de polímeros podem ser preparadas para utilização em electrospinning, tais como: álcool polivinílico (PVA), ácido poli-láctico (PLLA), polivinilpirrolidona (PVP), colagénio, entre outros. Neste trabalho, as nanofibras de TiO2foram sintetizadas por electrospinning, através da preparação de soluções poliméricas contendo polivinilpirrolidona. As amostras foram analisadas por difracção de raios (DRX), por microscopia electrónica de varrimento (SEM) para análise microestrutural, e a avaliação fotocatalítica, por testes de fotodegradação de 125 mL de uma solução de 20 ppm do laranja de metilo. Os resultados parciais mostram que as nanofibras de TiO2 tratadas a uma temperatura de 650 °C mostraram maior eficiência na degradação do corante laranja de metilo. Mostraram maior fotoactividade nos ensaios, devido à presença da fase anatase, que é comprovadamente a fase mais fotoactiva do TiO2.The preference for using nanomaterials is due to properties such as small particle size, diversified shape and large specific surface area. Numerouspolymer solutions can be prepared for use in electrospinning, such as: polyvinyl alcohol (PVA), poly-L-lactic acid (PLLA), polyvinylpyrrolidone (PVP), collagen, among others. In this work TiO2nanofibers were synthesized by electrospinning, through the preparation of polymer solutions containing polyvinylpyrrolidone. The samples were analyzed by ray diffraction(DRX),by scanning electron microscopy(SEM)for microstructural analysis, and the photocatalytic evaluation, by photodegradation tests of 125 mL of a 20ppm solution of the methyl orange. The partial results show that TiO2nanofibers treated at a temperature of 650 °C showed more efficiency in the degradation of the methyl orange dye. They showed greater photoactivity in the tests, due to the presence of the anatasephase, which is proven to be the most photoactive phase of TiO2

Preparation of polymer solutions for the obtaining of nanofibers by electrospinning / Preparação de soluções poliméricas para a obtenção de nanofibras por electrospinning

The preference for using nanomaterials is due to properties such as small particle size, diversified shape and large specific surface area. Numerous polymer solutions can be prepared for use in electrospinning, such as: polyvinyl alcohol (PVA), poly-L-lactic acid (PLLA), polyvinylpyrrolidone (PVP), collagen, among others. In this work TiO2 nanofibers were synthesized by electrospinning, through the preparation of polymer solutions containing polyvinylpyrrolidone. The samples were analyzed by ray diffraction (DRX), by scanning electron microscopy (SEM) for microstructural analysis, and the photocatalytic evaluation, by photodegradation tests of 125 mL of a 20 ppm solution of the methyl orange. The partial results show that TiO2 nanofibers treated at a temperature of 650 °C showed more efficiency in the degradation of the methyl orange dye. They showed greater photoactivity in the tests, due to the presence of the anatase phase, which is proven to be the most photoactive phase of TiO2

Efeito da adição de zircônia estabilizada com céria nas propriedades mecânicas de compósitos à base de alumina

Coatings for machinery and equipment, in consequence of industrial processes, are demaged by erosion, impact and chemical attack, which lead to frequent production shutdown for maintenance actions. This fact encourages the development of higher strength materials to attend the processing needs. The addition of zirconium and cerium oxides into alumina based compounds has shown promising results as to increase the modulus properties of ceramic such as strength, density and hardness. In this context, the objective of this work was to study the influence of the addition of ceria partially stabilized zirconia (ZPEC, 3-10%) in alumina based composites. To obtain these compounds, aluminum oxide, cerium oxide and zirconium oxide were mixed in a ball mill and formed by cold isostatic pressing, dried and sintered at 1500 or 1600 °C. The raw materials were characterized by XRD and laser granulometry. Mechanical properties, density, porosity, strength and hardness of the materials after sintering were evaluated by linear shrinkage, apparent porosity and density and flexural strength. As a compound to be used as coating which will be subject to erosive wear, the erosion rate was determined by applying a test based on ASTM G-76. The results indicate that the increase in ZPEC content in the alumina-based composites tends to increase the values of resistance to erosive attack, density and flexural strength of these materials, which are important properties for application of materials in industrial environments.Keywords: alumina, ceria-stabilized zirconia, mechanical properties.Revestimentos de máquinas e equipamentos, por consequência de processos industriais, são danificados por abrasão, impacto e ataque químico, o que torna necessária a frequente parada de produção para ações de manutenção. Essa situação motiva o desenvolvimento de materiais de maior resistência a essas solicitações. A adição de óxidos de zircônio e cério em compostos à base de alumina tem apresentado resultados promissores quanto ao aumento nos valores de propriedades como a resistência mecânica, a densidade e a dureza. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi o estudo da influência da adição de zircônia parcialmente estabilizada com céria (ZPEC, 3 a 10%) em compósitos à base de alumina. Para a obtenção desses compostos, óxido de alumínio, óxido de cério e óxido de zircônio foram misturados em moinho de bolas e conformados por prensagem isostática a frio. Após, passaram por um processo de secagem e foram sinterizados a 1.500 ou 1.600°C. As matérias-primas foram caracterizadas por difração de raios X e granulometria a laser. As propriedades mecânicas, densidade, porosidade, resistência à flexão e dureza, dos materiais após a sinterização foram avaliadas utilizando-se ensaios de retração linear de queima, porosidade e densidade aparente e resistência mecânica à flexão em 4 pontos. Por ser um composto a ser utilizado em revestimentos de máquinas sujeito à desgaste erosivo, a taxa de erosão foi determinada através da aplicação de ensaio baseado na norma ASTM G-76. Os resultados indicam que o aumento no teor de ZPEC nos compósitos a base de alumina tende a elevar os valores de resistência ao desgaste erosivo, de densidade e de resistência à flexão desses materiais, propriedades de extrema importância para a aplicação de materiais em ambientes industriais.Palavras-chave: alumina, zircônia estabilizada com céria, propriedades mecânicas

Titanate nanotubes produced from microwave-assisted hydrothermal synthesis : characterization, adsorption and photocatalytic activity

A microwave-assisted hydrothermal (MAH) method was employed to synthesize TiO2 nanotubes (TNTs) and these were compared to the conventional hydrothermal (CH) method. The nanotubes were characterized for their crystallinity, morphology, surface area and photocatalytic activity. The TiO2 P25 was used for comparison purposes and efficiently degraded both dyes. However, methylene blue was adsorbed on the nanotube surfaces, which can be attributed to the electrostatic interaction between the cationic methylene blue and the negatively charged TNT surface. On the other hand, all nanotubes had a photocatalytic performance with methyl orange (anionic dye). Additional degradation was observed for nanotubes synthesized via the MAH method at 150 °C. This can be directly related to their larger surface area. Adsorption mechanisms of TNTs were also discussed by applying the Langmuir and Freundlich isotherm. The results show an efficient dye wastewater treatment through the application of TNT photocatalyst

Synthesis of hydro-sodalite as a heterogeneous catalyst for reaction kinetics of soybean oil trans-esterification

coal fly ash as a catalyst, under reaction conditions with different temperatures and reaction times. The catalyst characterization revealed that zeolite type hydro-sodalite was synthesized and consists of mesoporous agglomerates particles with a specific surface area of 7.53 m² g-1 and a basic catalytic character. The conversion rate of soybean oil to its methyl esters was found to increase with an increase in temperature. An ester yield of 92.5% was the highest methyl ester achieved at 65°C and at a 12:1 methanol-to-oil molar ratio. The reaction followed pseudo-first order kinetics with a calculated activation energy (Ea) of 27.23 kJ mol-1

Analysis of photoactivity of observed tio2 fibers by decolorating methyl alaranyed dye

O alaranjado de metila é um corante aniônico pertencente ao grupo dos azocorantes, muito empregado em ensaios de fotocatálise heterogênea. Sua utilização adquiriu relevância, devido ao fato dos corantes sintéticos, mais especificamente os corantes azo serem os contaminantes responsáveis por aproximadamente 10-20% da poluição dos efluentes. Estes resíduos podem gerar subprodutos perigosos resultantes da oxidação, hidrólise ou outras reações químicas. A sua elevada estabilidade química, dificulta a ação de tratamentos convencionais na purificação de águas contaminadas. A utilização da fotocatálise heterogênea se insere dentro deste contexto, pois além de ser um tratamento eficiente para a diminuição da toxicidade de águas superficiais contaminadas também não polui o meio ambiente com a geração de subprodutos. Neste processo, radicais hidroxila são gerados através da excitação de semicondutores, constantemente expostos a luz solar ou artificial. Na fotocatálise heterogênea a excitação do semicondutor ocorre através da absorção de fótons, com energia maior ou igual a energia de band gap, ocasionando a promoção do elétron da banda de valência (BV) para a banda de condução (BC), gerando assim o par elétron/lacuna. Dentre os vários semicondutores empregados como fotocatalisadores, o mais comumente utilizado na degradação/mineralização de poluentes orgânicos é o TiO2. Fotocatalisadores são sólidos semicondutores que se caracterizam por converterem a energia contida em fótons (luz) em energia eletroquímica disponível em um sistema químico, tanto para oxidação, como para a redução de compostos ou espécies químicas (íons). Diversas moléculas se mostraram capazes de promover a fotocatálise, entre elas o ZnO e o TiO2. O dióxido de titânio é um semicondutor do tipo n que possui três formas alotrópicas, anatase, brookita e rutilo. É utilizado comercialmente como um material para conferir opacidade às tintas, cosméticos, plásticos e papéis. A presente proposta, tem como objetivo a síntese de nanoestruturas de TiO2 através da técnica de electrospinning, utilizando polivinilpirrolidona e tetraisisopropóxido de titânio como reagentes precursores. Após a síntese das fibras, o material obtido foi tratado termicamente em diferentes temperaturas para análise microestrutural através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), das fases presentes através da difração de raios X (DRX), da energia de band gap por espectroscopia de reflectância difusa (ERD) e a atividade fotocatalítica. Acompanhou-se a degradação do corante alaranjado de metila em presença das fibras de dióxido de titânio sob iluminação UV-A. Observou-se que a formação e a presença majoritária da fase anatase é um fator fundamental para a maior atividade fotocatalítica das fibras nanoestruturadas de TiO2.Methyl orange is an anionic dye belonging to the azocolorants group, widely used in heterogeneous photocatalysis assays. Its use has acquired relevance due to the fact that synthetic dyes, more specifically azo dyes are the contaminants responsible for approximately 10-20% of effluent pollution. These residues can generate hazardous by-products resulting from oxidation, hydrolysis, or other chemical reactions. Their highchemical stability makes it difficult for conventional treatments to purify contaminated water. The use of heterogeneous photocatalysis fits into this context, because besides being an efficient treatment to reduce the toxicity of contaminated surface water, it does not pollute the environment with the generation of by-products. In this process, hydroxyl radicals are generated through the excitation of semiconductors, constantly exposed to sunlight or artificial light. In heterogeneous photocatalysis the excitation of the semiconductor occurs through the absorption of photons, with energy greater than or equal to the band gap energy, causing the promotion of the electron from the valence band (BV) to the conduction band (BC), thus generating the electron/lacuna pair. Among the various semiconductors used as photocatalysts, the most commonly used in the degradation/mineralization of organic pollutants is TiO2. Photocatalysts are semiconductor solids that are characterized by converting the energy contained inphotons (light) into electrochemical energy available in a chemical system, both for oxidation and reduction of compounds or chemical species (ions). Several molecules have been shown to promote photocatalysis, among them ZnO and TiO2. Titanium dioxide isan n-type semiconductor that has three allotropic forms, anatase, brookite, and rutile. It is used commercially as a material to impart opacity to paints, cosmetics, plastics and paper. The present proposal, aims to synthesize TiO2 nanostructures by electrospinning technique, using polyvinylpyrrolidone and titanium tetraisisoproxide as precursor reagents. After fiber synthesis, the obtained material was heat treated at different temperatures for microstructural analysis by scanning electron microscopy (SEM), of the phases present by X-ray diffraction (XRD), of the band gap energy by diffuse reflectance spectroscopy (DRE) and photocatalytic activity. The degradation of methyl orange dye in presence of the titanium dioxide fibers under UV-A illumination was followed. It was observed that the formation and majority presence of the anatase phase is a key factor for the enhanced photocatalytic activity of the nanostructured TiO2 fibers

Obtenção, caracterização e utilização de fibras nanoestruturadas de Tio2 dopadas com tungstênio como fotocatalisadores / Obtaining, characterization and utilization of nanostructured Tio2 doped fibers as photocatalysts

A aplicabilidade de nanomateriais em catálises, células solares, células combustíveis, membranas, baterias de hidrogênio, materiais estruturais que requerem elevada resistência mecânica, nanoeletrônicos, sensores, em dispositivos ópticos, magnetos eletrônicos, engenharia de tecidos e biossensores, estão cada vez mais frequentes, em virtude de propiciarem produtos finais mais eficazes, leves e de baixo custo. A preferência em se utilizar as fibras, ao invés de compostos cerâmicos com dimensões tradicionais, nas mais diversas aplicações, se deve ao fato de entre os nanomateriais, as fibras serem uma das nanoestruturas unidimensionais que mais têm chamado atenção, em razão de sua: flexibilidade, propriedades ópticas e capacidade de interação com outras áreas da ciência. Esta relação multidisciplinar promove o desenvolvimento de novas técnicas de produção, associando o entendimento de suas propriedades ao emprego destes novos materiais. Neste trabalho fibras nanoestruturadas de TiO2 e de TiO2/WO3 foram obtidas por electrospinning e tratadas termicamente entre 650 ºC e 800 ºC em um forno tipo mufla. A técnica de difração de raios X (DRX) foi empregada na determinação da estrutura cristalina e tamanho de cristalito. A morfologia das fibras nanoestruturadas TiO2 e de TiO2/WO3 foi observada por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e, a atividade fotocatalítica foi analisada através de ensaios de fotodegradação de 125 mL de uma solução 20 ppm do corante alaranjado de metila. Os resultados apontam que as fibras nanoestruturadas de TiO2 misturadas ao tungstênio (H2WO4) apresentaram-se mais eficientes na descoloração do corante alaranjado de metila, indicando uma maior atividade catalítica destas amostras em comparação com um catalisador padrão P25 e as amostras de TiO2. A presença de tungstênio aumentou a eficiência fotocatalítica dos materiais, inibiu da recombinação do par elétron/lacuna [(e)/(h+)], permitindo a transferência de cargas entre o TiO2 e o WO3. A elevação da temperatura de tratamento térmico possibilitou que as vacâncias de O2 adquirissem a mobilidade necessária para passar para um estado desordenado na rede, aumentando a capacidade de degradação das amostras

Manifestação fotocrômica através da geração de centros de cor em fibras de diferentes óxidos/ Photochromic manifestation through the generation of color centers in fibers of different oxides

Propriedades ópticas compreendem a resposta de um material quando submetido à radiação eletromagnética e, em particular a luz visível. Luz, calor (ou energia radiante), radar, ondas de rádio e raios-X são todas formas de radiação eletromagnética, identificadas por uma faixa específica de comprimentos de onda. A luz visível fica dentro de uma região estreita no espectro, com comprimentos de onda variando entre cerca de 0,4 ?m (4 x 10-7 m) e 0,7 ?m. O fotocromismo é um dos tipos de cromogenismo mais conhecidos, pois esse efeito é capaz de modificar, de maneira reversível, as propriedades ópticas de um material quando exposto a radiação eletromagnética, ou seja, UV visível ou infravermelho. Em alguns óxidos esse fenômeno pode ser percebido quando estes são expostos a luz visível. Um material é denominado cromógeno quando modifica as suas propriedades ópticas ao receber um estímulo. O campo elétrico, a radiação eletromagnética, a diferença de potencial, a temperatura, a alteração de pH e a pressão mecânica são algumas maneiras de ativar-se opticamente esses materiais. No caso de um material fotocrômico, ocorre uma alteração da cor percebida, quando este recebe algum estímulo, do tipo radiação eletromagnética. Vários materiais têm sido empregados no estudo do fotocromismo, principalmente os óxidos de metais de transição, como: o MoO3, o WO3, o TiO2, o V2O5, e o Nb2O5, entre outros. Neste trabalho, examinamos a percepção visual das diferentes cores, quando da mistura de percursores de tungstênio com o TiO2. Pois, o WO3 apresenta em todos os efeitos cromógenos as maiores variações na absorbância óptica, o que faz com que este óxido seja o mais utilizado em pesquisas quando deseja-se estudar o efeito fotocrômico. Inicialmente sintetizamos fibras de TiO2, TiO2/WO3 e de TiO2/Na2WO4.2H2O por electrospinning e, tratamos termicamente entre 650 ºC e 800 ºC. Depois caracterizamos as fibras obtidas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e testes colorimétricos. Os resultados apontam que as propriedades ópticas foram influenciadas pela temperatura de tratamento térmico e intensificaram a capacidade de absorção de luz