Obtenção de nanoestruturas de carbono hidrofílicas por plasma frio em meio aquoso

Abstract

O carbono é um dos elementos químicos mais abundante e versátil, encontrado sob diferentes formas e estruturas numa infinidade de materiais naturais e manufaturados, ou modificados pelo homem, sendo de grande importância nos diversos setores industriais. Dentro deste contexto, o presente trabalho objetiva buscar alternativas de aplicação e agregação de valor ao carbono sólido obtido pela degradação de metano, gás de efeito estufa, por plasma térmico. O carbono sólido obtido neste processo possui características similares ao produto industrial definido como negro de carbono CB, que é usado em diferentes processos industriais. O negro de carbono é um pó preto amorfo e hidrofóbico, ou seja, apolar, e portanto suas aplicações se restringem a ambientes não aquosos ou apolares. Portanto mudar esta característica de pó para nanoestruturas e torná-lo hidrofílico ou polar ampliará em muito as possibilidades de aplicação. Neste trabalho o negro de carbono foi tratado por plasma frio em meio aquoso com o objetivo de mudar suas propriedades para carbono nanoestruturado ou na forma de nanotubos, tornando-o hidrofílico pela adição de grupos polares em sua superfície. O plasma frio usado foi do tipo descarga de barreira dielétrica em meio aquoso usando nitrogênio como gás plasmogênico. Após o tratamento por plasma frio o material obtido foi caracterizado por diversas técnicas de análise, dentre elas a microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (MEV-FEG), potencial zeta, tamanho e forma de partículas por espalhamento dinâmico de luz (DLS), análise qualitativa de composição química (EDX), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) e Raman que comprovaram a obtenção de negro de carbono hidrofílico e nanoestruturado.

Abstract: Carbon is one of the most abundant and versatile chemical elements found in different shapes and structures in a multitude of natural and man-made or man-made materials of great importance in the various industrial sectors. Within this context the present work aims to search for application alternatives and value addition to solid carbon obtained by the degradation of methane, greenhouse gas by thermal plasma. The solid carbon obtained in this process has characteristics like the industrial product defined as carbon black CB which is used in different industrial processes. Carbon black is an amorphous black hydrophobic powder that is nonpolar, so its applications are restricted to non-aqueous or nonpolar environments. Therefore, changing this characteristic of powder to nanostructures and making it hydrophilic or polar will greatly extend the application possibilities. In this work carbon black was treated by non-plasma in aqueous medium in order to change its properties to carbon nanostructures or carbon nanotubes and make it hydrophilic by adding polar groups to its surface. The cold plasma used was of the dielectric barrier discharge type in aqueous medium using nitrogen with plasma gas. After the cold plasma treatment the material obtained was characterized by several analysis techniques; field emission scanning electron microscopy (SEM-FEG), Zeta Potential, Size, DLS dynamic light scattering particle shape, EDX composition analysis, Fourier transform infrared spectrum (FT-IR) and Raman that proved to obtain hydrophilic and nanostructured carbon black.