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Abstract:
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O projeto teve como foco a síntese e caracterização de carbon dots (CDs) a partir da borra de café, buscando aliar inovação em nanomateriais à sustentabilidade e ao aproveitamento de resíduos agroindustriais. Os carbon dots são nanopartículas de carbono com dimensões inferiores a 10 nm, que apresentam propriedades únicas, como fluorescência devido ao confinamento quântico, estreito band gap, biocompatibilidade e baixa toxicidade. Essas características tornam os CDs materiais promissores para diversas aplicações, incluindo sensores, bioimagem, dispositivos optoeletrônicos e, especialmente, embalagens inteligentes para alimentos.
A borra de café foi escolhida como matéria-prima por ser um resíduo abundante, rico em carbono e compostos nitrogenados, capazes de contribuir para a formação de grupos funcionais nos CDs. No Brasil, o consumo elevado de café gera toneladas desse resíduo, geralmente descartado sem aproveitamento. Assim, sua utilização como precursor contribui para a valorização de resíduos e para práticas de economia circular.
O método adotado para a síntese foi o hidrotermal assistido por micro-ondas, uma técnica considerada verde, pois utiliza água como solvente e promove reações rápidas, homogêneas e eficientes. Foram testadas diferentes condições de tempo (20, 25 e 30 minutos) e temperatura (180 °C e 190 °C) a fim de avaliar como esses parâmetros influenciam as propriedades ópticas dos CDs. Após a síntese, as amostras foram filtradas, secas e submetidas à caracterização por espectroscopia UV-Vis, além da determinação do band gap pela equação de Tauc.
Os resultados mostraram que a borra de café apresenta alta umidade (~72%) e teor significativo de proteínas (~13% em base seca), características que influenciam diretamente o processo de carbonização e a incorporação de grupos nitrogenados na superfície dos CDs. Em relação às propriedades ópticas, os espectros de absorção indicaram picos característicos entre 200–250 nm (transições π→π*) e 280–320 nm (transições n→π*), associados à estrutura aromática e aos grupos funcionais oxigenados presentes nos nanomateriais. A condição de 180 °C por 20 minutos apresentou maior absorbância, enquanto 190 °C por 25 minutos resultou em menor intensidade de absorção, evidenciando a competição entre tempo e temperatura no processo de síntese.
Quanto ao band gap, os valores variaram entre 1,81 eV (180 °C/20 min) e 3,18 eV (190 °C/30 min). Essa variação demonstra que as condições de síntese afetam de forma não linear a estrutura eletrônica dos CDs. O aumento de temperatura ou tempo pode tanto reduzir quanto aumentar o band gap, dependendo do equilíbrio entre carbonização da matéria-prima e preservação de grupos funcionais superficiais.
Em síntese, o trabalho comprovou que a borra de café é um precursor viável para a produção de CDs, sendo uma estratégia tecnicamente promissora e ambientalmente amigável. O método hidrotermal assistido por micro-ondas mostrou-se eficiente, permitindo ajustar as propriedades ópticas dos nanomateriais de acordo com a aplicação desejada. Assim, a pesquisa não apenas contribui para o avanço na área de nanomateriais, mas também reforça a importância do aproveitamento de resíduos em soluções inovadoras e sustentáveis, com grande potencial de aplicação em embalagens ativas e inteligentes, sensores e dispositivos tecnológicos. |
