Síntese de nanopartículas de sílica mesoporosa e aplicações como biomaterial

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento de processos de síntese de sodalita a partir de rejeitos de caulins da região Amazônica

No estudo da síntese de Sodalita foram utilizados dois rejeitos de caulins provenientes de duas empresas de beneficiamento de caulim para cobertura de papel, localizadas na região Amazônica, que operam na região do Rio Capim (CRC) e do Rio Jari (CRJ). Além desses rejeitos, também foi utilizado como fonte de alumina e sílica o metacaulim, obtida através da calcinação dos caulins (MRC e MRJ, respectivamente). Dessa forma, para obter informações das suas características foram realizadas análises químicas e mineralógicas destes caulins. A síntese da Sodalita foi realizada variando alguns parâmetros, como material de partida: partindo-se diretamente de caulim nas temperaturas de 80, 100, 120 e 150 °C; e, partindo-se de metacaulim na temperatura de 95 °C. Posteriormente, as sínteses foram realizadas variando-se as soluções básicas a fim de verificar a influencia da presença dos íons OH^-, Cl^- e CO₃^2-, bem como a influencia da relação Na₂O/Al₂O₃ na síntese, com a temperatura fixa em 95 ºC para o material de partida MRC. Verificou-se ainda, a influência da temperatura de síntese variando as em 85, 90 e 95 °C, fixando-se a relação Na₂O/Al₂O₃ na mistura reacional para determinar as condições ótimas de síntese de Sodalita. Os materiais de partida e os produtos de síntese foram identificados e caracterizados através de DRX, FRX, MEV, ATD/TG e EIV. O método de síntese que apresentou melhor resultado foi utilizou o metacaulim como material de partida, com solução NaOH + Na₂CO₃ apresentando relação Na₂O/Al₂O₃de 3,89 conduzida sob agitação, a 95°C, pressão atmosférica e tempo de 4 horas, para os dois tipos de caulins (CRC e CRJ). A utilização do metacaulim MRC, a partir do caulim do Rio Capim, nas condições mencionadas acima obteve-se a conversão de 86,5% em massa de Sodalita, e o metacaulim MRJ, caulim do Rio Jari, a conversão foi de 73,6% em sodalita. No que se refere ao tamanho de poros, os produtos partindo de metacaulim tanto do Rio Capim quanto do Rio Jari foram caracterizados como materiais mesoporosos, porém o produto partindo de metacaulim do Rio Jari apresentou maior área especifica.

Materiais meso-estruturados luminescentes

Pós-graduação em Química - IQ

As-synthesized TEA-BEA zeolite: Effect of Si/Al ratio on the Knoevenagel condensation

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Cimentos bioativos injetáveis funcionalizados com peptídeo osteogênico para reparação óssea

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Structural and reduction studies of ZrO2-CeO2:Ni for application in SOFC anodes.

Zirconia-ceria solid-solutions are extensively used as promoters for three-way catalysts, which are applied in the control of NOx, CO and hydrocarbons emission from automotive exhausts. In addition, thesematerials can be used as anodes in solid oxide fuel cells (SOFCs) operated with hydrocarbons. There areonly few works on ZrO2-CeO2 ordered mesoporous materials for catalytic applications and for anodes inSOFCs. The interest in these anodes relies on the fact that ZrO2-CeO2materials are mixed ionic/electronic conductors in reducing atmosphere and, therefore, fuel oxidation is produced on its entire surface, while it only occurs in the [anode/electrolyte/gas] interface (triple-phase boundaries) for electronic conductors. In this work, a synthesis method was developed usingZr and Ce chloride precursors, HCl aqueous solution, Pluronic P123 as the structure directing agent, NH4OH to adjust the pH (3-4) and a Teflon autoclave to perform hydrothermal treatment (80ºC/48 hours). The samples were dried and calcined, until 540ºC in N2and 4 hours in air. The X-ray diffraction data showed that powders with higher CeO2 content are formed by a larger fraction of the cubic CeO2 phase, while for a lower CeO2content the major crystalline structure is the tetragonal ZrO2 phase. The NiO impregnation was made with an ethanol dispersion of Ni(NO3)×6H2O. The resulting powder was calcinated in air until 350ºC for 2 hours. Temperature-programmed reduction (TPR) data were collected in order to evaluate the reduction profiles of ZrO2-x%CeO2:Ni samples in H2/Ar atmosphere. Results showed lower reduction temperatures for all ceria content in samples comparing to a NiO standard.

High-temperature induced dehydration, phase transition and exsolution in amicite: A single-crystal X-ray study

Temperature dependent single-crystal X-ray data were collected on amicite K4Na4(Al8Si8O32)·11H2O from Kola Peninsula (Russia) in steps of 25 °C from room temperature to 175 °C and of 50 °C up to 425 °C. At room temperature amicite has space group I2 with a = 10.2112(1), b = 10.4154(1), c = 9.8802(1) Å, β = 88.458(1)°, V = 1050.416(18) Å3. Its crystal structure is based on a Si–Al ordered tetrahedral framework of the GIS type with two systems of eight-membered channels running along the a and c axes. Extraframework K and Na cations are ordered at two fully occupied sites. Above 75 °C amicite was found to partly dehydrate into two separate but coherently intergrown phases, both of space group I2/a, one K-rich ∼K8(Al8Si8O32) ·4H2O (at 75 °C: a = 10.038(2), b = 9.6805(19), c = 9.843(2) Å, β = 89.93(3)°, V = 956.5(3) Å3) and the other Na-rich ∼Na8(Al8Si8O32)·2H2O (at 75 °C: a = 9.759(2), b = 8.9078(18), c = 9.5270(19) Å, β = 89.98(3)°, V = 828.2(3) Å3). Upon further heating above 75 °C the Na- and K-phases lost remaining H2O with only minor influence on the framework structure and became anhydrous at 175 °C and 375 °C, respectively. The two anhydrous phases persisted up to 425 °C. Backscattered electron images of a heated crystal displayed lamellar intergrowth of the K- and Na-rich phases. Exposed to ambient humid conditions K- and Na-rich phases rehydrated and conjoined to the original one phase I2 structure.

Síntese, caracterização e modificação de superfícies de sílicas mesoporosas ordenadas para captura de CO2

Processos como a purificação do metano (CH4) e a produção de hidrogênio gasoso (H2) envolvem etapas de separação de CO2. Atualmente, etanolaminas como monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA), metildietanolamina (MDEA) e trietanolamina (TEA) são as substâncias mais utilizadas no processo de separação/captura de CO2 em processos industriais. Entretanto, o uso destas substâncias apresenta alguns inconvenientes devido à alta volatilidade, dificuldade de se trabalhar com material líquido, também ao alto gasto energético envolvido das etapas de regeneração e à baixa estabilidade térmica e química. Com base nessa problemática, esse trabalho teve por objetivo a síntese de um tipo de sílica mesoporosa altamente ordenada (SBA-15) de modo a utilizá-la no processo de captura de CO2. O trabalho foi dividido em quatro etapas experimentais que envolveram a síntese da SBA-15, o estudo do comportamento térmico de algumas etanolaminas livres, síntese e caracterização de materiais adsorventes preparados a partir de incorporação de etanolaminas à SBA-15 e estudo da eficiência de captura de CO2 por esses materiais. Novas alternativas de síntese da SBA-15 foram estudadas neste trabalho, visando aperfeiçoar as propriedades texturais do material produzido. Tais alternativas são baseadas na remoção do surfatante, utilizado como molde na síntese da sílica mesoporosa, por meio da extração por Soxhlet, utilizando diferentes solventes. O processo contribuiu para melhorar as propriedades do material obtido, evitando o encolhimento da estrutura que pode ser ocasionado durante a etapa de calcinação. Por meio de técnicas como TG/DTG, DSC, FTIR e Análise Elementar de C, H e N foi realizada a caracterização físico-química e termoanalítica da MEA, DEA, MDEA e TEA, visando melhor conhecer as características destas substâncias. Estudos cinéticos baseados nos métodos termogravimétricos isotérmicos e não isotérmicos (Método de Ozawa) foram realizados, permitindo a determinação de parâmetros cinéticos envolvidos nas etapas de volatilização/decomposição térmica das etanolaminas. Além das técnicas acima mencionadas, MEV, MET, SAXS e Medidas de Adsorção de N2 foram utilizadas na caraterização da SBA-15 antes e após a incorporação das etanolaminas. Dentre as etanolaminas estudadas, a TEA apresentou maior estabilidade térmica, entretanto, devido ao seu maior impedimento estérico, é a etanolamina que apresenta menor afinidade com o CO2. Diferentemente das demais etanolaminas estudadas, a decomposição térmica da DEA envolve uma reação intramolecular, levando a formação de MEA e óxido de etileno. A incorporação destes materiais à SBA-15 aumentou a estabilidade térmica das etanolaminas, uma vez que parte do material permanece dentro dos poros da sílica. Os ensaios de adsorção de CO2 mostraram que a incorporação da MEA à SBA-15 catalisou o processo de decomposição térmica da mesma. A MDEA foi a etanolamina que apresentou maior poder de captura de CO2 e sua estabilidade térmica foi consideravelmente aumentada quando a mesma foi incorporada à SBA-15, aumentando também seu potencial de captura de CO2.

Effect of the stabilisation time of pitch fibres on the molecular sieve properties of carbon fibres

The stabilisation of pitch fibres (PFs) is the most important step for their subsequent use in the preparation of carbon fibres (CFs) and their resulting characteristics. The present work studies the influence that the stabilisation time has on the porosity of the CFs, and on the subsequent properties as carbon molecular sieve (CMS). The increase of the stabilisation time carried out at 573 K, from 2 to 8 h favours their CMS properties producing a decrease in the microposity accessible to N2, which gets completely blocked after 6 and 8 h, while the narrow microporosity (V-DR CO2) remains accessible. Adsorption kinetic studies with CH4 and CO2 were performed to assess the possibility of using these CFs as CMS by comparing them with Takeda 3A CMS. The results suggest that there is an optimal stabilisation time which allows the preparation of CFs from an abundant raw precursor with properties similar to Takeda 3A CMS.

Adsorbent density impact on gas storage capacities

In the literature, different approaches, terminologies, concepts and equations are used for calculating gas storage capacities. Very often, these approaches are not well defined, used and/or determined, giving rise to significant misconceptions. Even more, some of these approaches, very much associated with the type of adsorbent material used (e.g., porous carbons or new materials such as COFs and MOFs), impede a suitable comparison of their performances for gas storage applications. We review and present the set of equations used to assess the total storage capacity for which, contrarily to the absolute adsorption assessment, all its experimental variables can be determined experimentally without assumptions, ensuring the comparison of different porous storage materials for practical application. These material-based total storage capacities are calculated by taking into account the excess adsorption, the bulk density (ρbulk) and the true density (ρtrue) of the adsorbent. The impact of the material densities on the results are investigated for an exemplary hydrogen isotherm obtained at room temperature and up to 20 MPa. It turns out that the total storage capacity on a volumetric basis, which increases with both, ρbulk and ρtrue, is the most appropriate tool for comparing the performance of storage materials. However, the use of the total storage capacities on a gravimetric basis cannot be recommended, because low material bulk densities could lead to unrealistically high gravimetric values.

Novel silica membrane material for molecular sieve applications

Development of new silica membranes properties, e.g., molecular sieving properties, has been increasingly gaining importance in the last few years. A novel unsupported silica membrane, referred to as hydrophobic metal-doped silica, was developed by cobalt-doping within the organic templated silica matrix. The novel material was prepared by the acid-catalyzed hydrolysis and condensation process of tetraethylorthosilicate (TEOS) and methyltriethoxysilane (MTES), which is the precursor for methyl ligand covalently bounded to the silica matrix. The synthesis and surface properties of the novel unsupported silica membrane as well as the unsupported blank silica and modified silica membranes were revealed by surface and microstructural techniques, such as water contact angle measurement, FTIR, X-ray, Solid-state 29Si MAS NMR, TGA and N2 and CO2 adsorption measurements. The results showed that the thermal stability of the organic templated silica matrix was enhanced by cobalt-doping process. A hydrophobic microporous silica membrane material with high thermal stability up to ∼560 °C in oxidizing atmosphere and a narrow pore size distribution centered at 1.1 nm was obtained. Therefore, a novel precursor material for molecular sieve silica membranes applications has been achieved and developed.