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Title: Espumas de carbono: síntese, caracterização e aplicação
Authors: Araújo, Maria José Gomes de
Keywords: Espuma de carbono;Agente de expansão;Glicerol;Propriedades texturais;Remoção de CO2
Issue Date: 26-Jul-2018
Citation: ARAÚJO, Maria José Gomes de. Espumas de carbono: síntese, caracterização e aplicação. 2018. 122f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Espumas de carbono são materiais com estrutura porosa constituídas principalmente de macroporos, que apresentam alta área específica, peso leve, condutividade térmica e elétrica, elevada estabilidade térmica, sendo aplicadas como adsorventes, eletrodos, suportes para catalisadores, isolantes térmicos a altas temperaturas entre outros. Variados métodos e matérias primas foram usadas para síntese das espumas de carbono, entre essas se destacam as fontes de petróleo e derivados, porém com o limite e escassez destes, torna-se necessário a busca por matérias primas provenientes de fontes renováveis ou biomassa. Por esse motivo, esta pesquisa teve como objetivo sintetizar espumas de carbono usando a sacarose como fonte de carbono e os nitratos de alumínio, ferro e prata como agentes de expansão, além destes, espumas de carbono usando a montmorillonita como agente de reforço também foram produzidas. Por último, estudou-se a substituição da fonte de carbono sacarose por glicerol (biomassa) e os materiais foram aplicados para remoção de CO2. Para tanto, adotou-se uma metodologia já conhecida para obtenção destes materiais denominada expansão do precursor de carbono através da adição de agentes químico. Morfologia, estrutura, propriedades texturais, resistência mecânica e capacidade de adsorção de CO2 a 35°C foram avaliadas nas amostras obtidas. Observa-se que os nitratos de ferro, prata e alumínio foram eficientes como agentes de expansão na produção das espumas de carbono, contribuindo com a estrutura de poros interconectados e alta porosidade na faixa de 90%; as amostras apresentam boa superfície específica BET especialmente as sintetizadas com os nitrato de alumínio (EsAl) e nitrato de ferro (EsFe) com valores de 602 e 380 m2 /g, respectivamente. A adição do agente de reforço (montmorillonita) na produção das espumas de carbono mostra tendência na melhoria da resistência mecânica à compressão para as espumas EsAlAr (2,28 MPa) atribuído a boa dispersão do reforço na superfície das amostras. Ocorre substituição eficiente de até 50% em proporção de massa da sacarose por glicerol na síntese das espumas de carbono e nota-se aumento na superfície específica BET à medida que aumenta a proporção de glicerol nas espumas. Todas as amostras sintetizadas com o nitrato de ferro apresentam estrutura mais ordenada. A captura de CO2 a 35°C é eficiente nas espumas obtidas, destacando-se nas amostras sintetizadas com o nitrato de alumínio (EsAl) e nas amostras com proporções de glicerol de 10 e 30% (EsGl10 e EsGl30) com valor de captura de CO2 de 5,3 mmol.g-1 .
Abstract: Carbon foams are materials with a porous structure mainly composed of macropores, which present high specific area, light weight, thermal and electrical conductivity, high thermal stability, being applied as adsorbents, electrodes, supports for catalysts, thermal insulation at high temperatures, among others. Several methods and raw materials have been used to synthesize carbon foams. These include petroleum sources and derivatives, but the limit and scarcity of these materials makes it necessary to search for raw materials from renewable sources or biomass. For this reason, this research had the objective of synthesizing carbon foams using sucrose as the carbon source and the aluminum, iron and silver nitrates as blowing agents. In addition, carbon foams using montmorillonite as reinforcing agent were also produced. Finally, we studied the substitution of the traditional sucrose carbon source for glycerol (biomass) and the materials were applied to remove CO2. Therefore, a methodology known for obtaining these materials called blowing of the carbon precursor through the addition of chemical agents was adopted. Morphology, structure, texture properties, mechanical strength and CO2 adsorption capacity at 35 °C were evaluated in the obtained samples. It is observed that the iron, silver and aluminum nitrates were efficient as blowing agents in the production of carbon foams with structure of interconnected pores and high porosity in the 90% range, the samples have a good BET specific surface, especially were synthesized with aluminum nitrate (EsAl) and iron nitrate (EsFe) with values of 602 and 380 m2 /g, respectively. The addition of the reinforcing agent (montmorillonite) in the production of carbon foams shows a trend in improving the mechanical strength of the EsAlAr foams (2.28 MPa) attributed good dispersion of the reinforcement on the surface of the samples. Efficient substitution of up to 50% sucrose content by glycerol in the synthesis of carbon foams shows an increase in the BET specific surface as the proportion of glycerol in the foams increases. All samples synthesized with iron nitrate present a more ordered structure. The capture of CO2 at 35°C is efficient in the foams obtained, highlighting in the samples synthesized with aluminum nitrate (EsAl) and in samples with glycerol proportions of 10 and 30% (EsGl10 and EsGl30) with CO2 capture value of 5.3 mmol.g1.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27361
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