Pilarização de uma argila brasileira com poliidroxications de alumínio: preparação, caracterização e propriedades catalíticas

Montmorillonite clay from Brazil was pillared with aluminium polyhydroxications. The influence of aging of the pillaring solution and the concentration of the clay suspension on the properties of the prepared materials was studied. The materials were characterized by chemical analysis, XRD and pore analysis by N2 adsorption. The catalytic properties were evaluated in the cumene cracking reaction. Results showed that the pillarization process increases the basal spaces of natural clay from 9.7 to 18.5 Å and the surface area from 41 to 300 m²/g.

Obtenção de filmes finos de TiO2 nanoestruturado pelo método dos precursores poliméricos

This work focuses in optimizing setup for obtaining TiO2 thin films by polymeric precursor route due to its advantages on stoichiometric and morphological control. Precursor stoichiometry, synthesis pH, solids concentration and rotation speed at deposition were optimized evaluating thin films morphology and thickness. Thermogravimetry and RMN were applied for precursor's characterization and AFM, XRD and ellipsometry for thin films evaluation. Results showed successful attainment of homogeneous nanocrystalline anatase TiO2 thin films with outstanding control over morphological characteristics, mean grain size of 17 nm, packing densities between 57 and 75%, estimated surface areas of 90 m²/g and monolayers thickness within 20 and 128 nm.

Remoção de azul de metileno de solução aquosa usando zeólitas sintetizadas com amostras de cinzas de carvão diferentes

Batch sorption experiments were carried out to remove methylene blue from its aqueous solutions using zeolites synthesized from fly ashes as an adsorbent. The adsorbents were characterized by XFR, XRD and SEM. Nearly 90 min of contact time are found to be sufficient for the adsorption of dye to reach equilibrium. Equilibrium data have been analyzed using Langmuir and Freundlich isotherms and the results were found to be well represented by the Freundlich isotherm equation. Adsorption data were fitted to both Lagergren first-order and pseudo-second-order kinetic models and the data were found to follow pseudo-second-order kinetics.

Nióbia sintética modificada como catalisador na oxidação de corante orgânico: utilização de H2O2 e O2 atmosférico como oxidantes

In this work synthetic niobia was used to promote the oxidation of methylene blue dye in aqueous medium. The niobia was characterized by N2 adsorption/desorption, XRD and TG measurements. The presence of reactive species on the niobia surface strongly increased the oxidation rate of the methylene blue dye. The reaction mechanism was studied by ESI-MS suggesting that the oxidation of the organic dye involve oxidizing species generated mainly after previous treatment with H2O2. It can be observed that the catalyst is a good material in the activation of gas (atmospheric oxygen) or liquid (hydrogen peroxide) oxidant agent with a total discoloration of the dye solution after only 1 h of reaction.

Síntese e caracterização de nanopartículas de óxido de ferro suportadas em matriz carbonácea: remoção do corante orgânico azul de metileno em água

In this work were prepared composites of iron oxide and carbonaceous materials in two different weight proportions (Carbon/Fe 1/1 and 1/2). The physico-chemical properties of the composites were determined by temperature programmed reduction (TPR), adsorption/dessorption of N2, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and pulse titration H2. The XRD and XPS analysis showed a cubic iron oxide phase, identified as maghemite, formed over the carbon surface. The particle size of maghemite showed to be within 10-30 nm. Carbon/Fe 1/2 was the most active in MB removal kinetics and ESI-MS studies showed that MB removal by both composites leads to oxidized intermediates.

Utilization of Sn/Nb2O5 composite for the removal of methylene blue

In this work, the oxidation of methylene blue textile dye in the presence of hydrogen peroxide, using niobium oxide impregnated with different proportions of tin (1, 5 and 10% in mass) as catalyst was studied. The materials were characterized by TPR, XPS, XRD and FTIR. The oxidation tests monitored by ESI-MS showed that the composite containing the higher amount of tin was the most efficient in the removal of the dye. The XRD, XPS, and TPR data presented evidence of the formation of the tin-niobium oxide composite containing Sn0 and supported SnO2.

Fotoeletrodegradação do corante AO7 utilizando filmes de nanocompósitos de ZnO-TiO2

The Zn-TiO2nanocomposite films were prepared by electrodeposition, using an acidic zinc sulphate solution with TiO2 nanoparticles in suspension. The as-deposited samples have been heated in air at 450 ºC for 6 h. The XRD and SEM analyses pointed out to the metal matrix conversion from Zn to ZnO and a rich morphology of needles-shaped grains. These materials were used on the photoelectrochemical degradation of AO7, which was efficiently degraded, with 40% of color removal, after 2 h period at 1.0 V, under white light irradiation. The apparent first order rate constant of the photoelectrodegradation reaction was 4.12 x 10-3 min-1.

Fatores que influenciam a formação da fase β-PbO2 em filmes eletrossintetizados galvanostaticamente sobre substrato de tecido de carbono

PbO2 films were electroformed onto carbon cloth substrates (twill woven type) in acid conditions using the nitrate precursor by changing the electrodeposition current density, temperature and pH, in order to optimize the formation of the β-PbO2 phase. The crystal structure and morphology of the PbO2 films were investigated using X-ray diffraction (XRD) and scanning electronic microscopy (SEM) techniques. The optimum conditions obtained for formation of the β-PbO2 were presented and discussed.

HYDROLYTIC DEGRADATION BEHAVIOR OF PLLA NANOCOMPOSITES REINFORCED WITH MODIFIED CELLULOSE NANOCRYSTALS

Bionanocomposites derived from poly(L-Lactide) (PLLA) were reinforced with chemically modified cellulose nanocrystals (m-CNCs). The effects of these modified cellulose nanoparticles on the mechanical and hydrolytic degradation behavior of polylactide were studied. The m-CNCs were prepared by a method in which hydrolysis of cellulose chains is performed simultaneously with the esterification of hydroxyl groups to produce modified nanocrystals with ester groups. FTIR, elemental analysis, TEM, XRD and contact angle measurements were used to confirm and characterize the chemical modifications of the m-CNCs. These bionanocomposites gave considerably better mechanical properties than neat PLLA based on an approximately 100% increase in tensile strength. Due to the hydrophobic properties of the esterified nanocrystals incorporated into a polymer matrix, it was also demonstrated that a small amount of m-CNCs could lead to a remarkable decrease in the hydrolytic degradation rate of the biopolymer. In addition, the m-CNCs considerably delay the degradation of the nanocomposite by providing a physical barrier that prevents the permeation of water, which thus hinders the overall absorption of water into the matrix. The results obtained in this study show the nanocrystals can be used to reinforce polylactides and fine-tune their degradation rates in moist or physiological environments.

AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DE ELETRODEPÓSITOS DE Ni-W-P OBTIDOS EM CÉLULA DE HULL

Ni–W–P electrodeposits were synthesized in a Hull cell in order to simulate the obtainment under industrial conditions. Complete coverage of panels was accomplished by applying total currents of 1.0 and 2.0 A. Panels obtained with a current of 1.0 A appeared brighter. The best compositional uniformities, as determined by Energy Dispersive Spectrometer (EDS) occurred in the current density ranges of 0.6 to 3.0 A dm−2 and 1.6 to 6.0 A dm−2 obtained with 1.0 and 2.0 A, respectively. However, the best morphological characteristics, as determined by Scanning Electro Microscope (SEM), were observed in those obtained with a total current of 1.0 A. Analysis of corrosion resistance by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Potentiodynamic Linear Polarization (PLP) in NaCl have shown significant variations in the amount of corrosion potential, polarization resistance, and even total impedance. The alloys exhibited amorphous character (XRD) and crystallized above 400 °C to Ni and Ni3P phases, and possibly Ni–W, with a subsequent increase in hardness. The results suggest that under industrial conditions, current density variations due to the large and complex geometric shapes of substrates lead to formation of distinct alloys. Furthermore, these materials are potential substitutes for chromium deposits in many applications.

SÍNTESE E PROPRIEDADES DE SÍLICAS HÍBRIDAS CONTENDO SURFACTANTES CETILTRIALQUILAMÔNIO

This work presents the synthesis of silicas containing cetyltrialkylammoniun surfactants in their mesopores. Initially, the aqueous dispersions of these surfactants were characterized by small-angle X-ray scattering (SAXS). The hybrid silicas obtained from these dispersions were evaluated by X-ray diffractometry (XRD) and nitrogen physisorption. The XRD showed that, increasing the head size, there is a shift of the peak corresponding to the (100) diffraction plane to smaller 2θ angles, which indicates an increase in the silicas porous diameter. The increasing of the silicas porous diameter was confirmed by nitrogen physisorption. The base catalytic properties of these hybrid silicas were evaluated in the transesterification reaction showing that those containing the cations C16Et3+ and C16Pr3+ showed better performance.

USE OF A LOW-COST TEMPLATE-FREE ZSM-5 FOR ATMOSPHERIC PETROLEUM RESIDUE PYROLYSIS

To understand the physicochemical properties and catalytic activity during the pyrolysis of atmospheric petroleum residue, a template-free ZSM-5 zeolite was synthesized using a direct method without additional seeds or an organic structure director and compared with conventionally synthesized ZSM-5. The crystallinities of the two zeolites were evaluated by XRD and FTIR and were quite similar; however, structural analyses using SEM and argon physisorption revealed that the zeolites diverged in particle diameter and in the external surface area of the micropores. The synthesis procedure without a template incorporated additional aluminum into the crystalline network, according to ICP-AES and TPD NH3 experiments. The catalytic pyrolysis performed over the template-free ZSM-5 generated results comparable to those for pyrolysis performed over the conventional ZSM-5 according to its hydrocarbon distribution. The selectivity to aromatics compounds was exactly the same for both ZSM-5 zeolites, and these values stand out compared to thermal pyrolysis. The template-free ZSM-5 produced 20% of light hydrocarbons (C4-C6), where such compounds are olefins and paraffins of great interest to the petrochemical industry. Therefore, template-free ZSM-5 is promising for industrial use due to its lowered synthesis time, low-cost and significant distribution to light hydrocarbons.

2-(aminometyyli)pyridiini ligandin kompleksoituminen nikkelin kanssa eri liuottimissa

Kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia 2-(aminometyyli)pyridiini ligandin kompleksoitumista nikkeli(II) ionin kanssa vesiliuoksissa ja eri orgaanisissa liuotinseoksissa. Työ tehtiin osana laajempaa tutkimusta, jossa pyritään määrittämään nikkelille spesifisiä erotusmateriaaleja ion imprinting tekniikkaa hyväksikäyttäen. Koesarjat sekä näihin liittyvä mittaukset suoritettiin kaikki huoneen lämmössä sekä normaalissa ilman paineessa. Koesarjojen liuosfaaseista määritettiin UV/Vis spektrofotometrisesti spektrit, joiden perusteella piirrettiin Job Plot kuvaajat. Kuvaajien havaittiin vastaavan aikaisemmissa tutkimuksissa määritettyjä kuvaajia sekä matemaattisesti laskettuja huippuarvoja. Saostuneiden kiintoaineiden koostumukset määritettiin XRD ja IR mittauksilla. Tuloksien perusteella todettiin 1:2 kompleksin saostuvan lähes poikkeuksetta kaikista saostuneista näytteistä. Mittaustuloksista johtopäätöksinä voidaan todeta liuotinseoksien ja veden määrän vaikuttavan muodostuneen kompleksin kiderakenteeseen, mutta ei saostuvaan kompleksiin.

L’étude de l’InP et du GaP suite à l’implantation ionique de Mn et à un recuit thermique

Cette thèse est dédiée à l’étude des matériaux InMnP et GaMnP fabriqués par implantation ionique et recuit thermique. Plus précisément nous avons investigué la possibilité de former par implantation ionique des matériaux homogènes (alliages) de InMnP et GaMnP contenant de 1 à 5 % atomiques de Mn qui seraient en état ferromagnétique, pour des possibles applications dans la spintronique. Dans un premier chapitre introductif nous donnons les motivations de cette recherche et faisons une revue de la littérature sur ce sujet. Le deuxième chapitre décrit les principes de l’implantation ionique, qui est la technique utilisée pour la fabrication des échantillons. Les effets de l’énergie, fluence et direction du faisceau ionique sur le profil d’implantation et la formation des dommages seront mis en évidence. Aussi dans ce chapitre nous allons trouver des informations sur les substrats utilisés pour l’implantation. Les techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation structurale, chimique et magnétique des échantillons, ainsi que leurs limitations sont présentées dans le troisième chapitre. Quelques principes théoriques du magnétisme nécessaires pour la compréhension des mesures magnétiques se retrouvent dans le chapitre 4. Le cinquième chapitre est dédié à l’étude de la morphologie et des propriétés magnétiques des substrats utilisés pour implantation et le sixième chapitre, à l’étude des échantillons implantés au Mn sans avoir subi un recuit thermique. Notamment nous allons voir dans ce chapitre que l’implantation de Mn à plus que 1016 ions/cm2 amorphise la partie implantée du matériau et le Mn implanté se dispose en profondeur sur un profil gaussien. De point de vue magnétique les atomes implantés se trouvent dans un état paramagnétique entre 5 et 300 K ayant le spin 5/2. Dans le chapitre 7 nous présentons les propriétés des échantillons recuits à basses températures. Nous allons voir que dans ces échantillons la couche implantée est polycristalline et les atomes de Mn sont toujours dans un état paramagnétique. Dans les chapitres 8 et 9, qui sont les plus volumineux, nous présentons les résultats des mesures sur les échantillons recuits à hautes températures : il s’agit d’InP et du GaP implantés au Mn, dans le chapitre 8 et d’InP co-implanté au Mn et au P, dans le chapitre 9. D’abord, dans le chapitre 8 nous allons voir que le recuit à hautes températures mène à une recristallisation épitaxiale du InMnP et du GaMnP; aussi la majorité des atomes de Mn se déplacent vers la surface à cause d’un effet de ségrégation. Dans les régions de la surface, concentrés en Mn, les mesures XRD et TEM identifient la formation de MnP et d’In cristallin. Les mesures magnétiques identifient aussi la présence de MnP ferromagnétique. De plus dans ces mesures on trouve qu’environ 60 % du Mn implanté est en état paramagnétique avec la valeur du spin réduite par rapport à celle trouvée dans les échantillons non-recuits. Dans les échantillons InP co-implantés au Mn et au P la recristallisation est seulement partielle mais l’effet de ségrégation du Mn à la surface est beaucoup réduit. Dans ce cas plus que 50 % du Mn forme des particules MnP et le restant est en état paramagnétique au spin 5/2, dilué dans la matrice de l’InP. Finalement dans le dernier chapitre, 10, nous présentons les conclusions principales auxquels nous sommes arrivés et discutons les résultats et leurs implications.

Contrôle de l'organisation moléculaire en 2D et 3D par l’utilisation de liaisons hydrogène, de coordination métallique et d'autres interactions

La stratégie de la tectonique moléculaire a montré durant ces dernières années son utilité dans la construction de nouveaux matériaux. Elle repose sur l’auto-assemblage spontané de molécule dite intelligente appelée tecton. Ces molécules possèdent l’habilité de se reconnaitre entre elles en utilisant diverses interactions intermoléculaires. L'assemblage résultant peut donner lieu à des matériaux moléculaires avec une organisation prévisible. Cette stratégie exige la création de nouveaux tectons, qui sont parfois difficiles à synthétiser et nécessitent dans la plupart des cas de nombreuses étapes de synthèse, ce qui empêche ou limite leur mise en application pratique. De plus, une fois formées, les liaisons unissant le corps central du tecton avec ces groupements de reconnaissance moléculaire ne peuvent plus être rompues, ce qui ne permet pas de remodeler le tecton par une procédure synthétique simple. Afin de contourner ces obstacles, nous proposons d’utiliser une stratégie hybride qui se sert de la coordination métallique pour construire le corps central du tecton, combinée avec l'utilisation des interactions plus faibles pour contrôler l'association. Nous appelons une telle entité métallotecton du fait de la présence du métal. Pour explorer cette stratégie, nous avons construit une série de ligands ditopiques comportant soit une pyridine, une bipyridine ou une phénantroline pour favoriser la coordination métallique, substitués avec des groupements diaminotriazinyles (DAT) pour permettre aux complexes de s'associer par la formation de ponts hydrogène. En plus de la possibilité de créer des métallotectons par coordination, ces ligands ditopiques ont un intérêt intrinsèque en chimie supramoléculaire en tant qu'entités pouvant s'associer en 3D et en 2D. En parallèle à notre étude de la chimie de coordination, nous avons ii examiné l'association des ligands, ainsi que celle des analogues, par la diffraction des rayons-X (XRD) et par la microscopie de balayage à effet tunnel (STM). L'adsorption de ces molécules sur la surface de graphite à l’interface liquide-solide donne lieu à la formation de différents réseaux 2D par un phénomène de nanopatterning. Pour comprendre les détails de l'adsorption moléculaire, nous avons systématiquement comparé l’organisation observée en 2D par STM avec celle favorisée dans les structures 3D déterminées par XRD. Nous avons également simulé l'adsorption par des calculs théoriques. Cette approche intégrée est indispensable pour bien caractériser l’organisation moléculaire en 2D et pour bien comprendre l'origine des préférences observées. Ces études des ligands eux-mêmes pourront donc servir de référence lorsque nous étudierons l'association des métallotectons dérivés des ligands par coordination. Notre travail a démontré que la stratégie combinant la chimie de coordination et la reconnaissance moléculaire est une méthode de construction rapide et efficace pour créer des réseaux supramoléculaires. Nous avons vérifié que la stratégie de la tectonique moléculaire est également efficace pour diriger l'organisation en 3D et en 2D, qui montre souvent une homologie importante. Nous avons trouvé que nos ligands hétérocycliques ont une aptitude inattendue à s’adsorber fortement sur la surface de graphite, créant ainsi des réseaux organisés à l'échelle du nanomètre. L’ensemble de ces résultats promet d’offrir des applications dans plusieurs domaines, dont la catalyse hétérogène et la nanotechnologie. Mots clés : tectonique moléculaire, interactions intermoléculaires, stratégie hybride, coordination métallique, diffraction des rayons-X, microscopie de balayage à effet tunnel, graphite, phénomène de nanopatterning, calculs théoriques, ponts hydrogène, chimie supramoléculaire, ligands hétérocycliques, groupements DAT, catalyse hétérogène, nanotechnologie.