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Title in Portuguese: Aerogéis de nanocelulose funcionalizados para absorção seletiva de solventes orgânicos
Title: Nanocellulose aerogels functionalized for selective absorption of organic solvents
Author: Pereira, André Luís Sousa
Advisor(s): Feitosa, Judith Pessoa de Andrade
Co-advisor(s): Rosa, Morsyleide de Freitas
Keywords: Aerogel
Celulose bacteriana
Oxidação
Silanização
Issue Date: 2019
Citation: PEREIRA, André Luís Sousa. Aerogéis de nanocelulose funcionalizados para absorção seletiva de solventes orgânicos. 2018. 119 f. Tese (Doutorado em Química) -Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: O aerogel é um material sólido que apresenta alta porosidade, baixa densidade e grande área superficial, com características apropriadas para novas aplicações de alto valor. Como conseqüência, observam-se estudos focados em novas fontes de matéria-prima, processos e tratamentos objetivando a redução do alto custo envolvido na sua obtenção. Nesse contexto, destacam-se as fibras vegetais, em especial a celulose, o polímero natural mais abundante e um dos principais constituintes das paredes celulares das plantas, também sintetizado por alguns microrganismos. Para ampliar o leque de aplicações, alguns estudos têm investigado a funcionalização de aerogéis, sendo uma área com elevado potencial a ser explorado. No presente trabalho, com o objetivo de estabelecer uma metodologia para obtenção de aerogéis, a celulose bacteriana foi oxidada por TEMPO, nanofibrilada em “blender” e silanizada com metiltrimetoxisilano. A oxidação e a silanização foram evidenciados por FTIR. Aerogéis foram produzidos desta suspensão funcionalizada (CBOXNS) e comparados a outros aerogéis não oxidados (CBN e CBNS) e não silanizados (CBOXN). Todos os aerogéis são muito leves (densidade de 0,010 a 0,014 g.cm-3) e muito porosos (porosidade de 99,8 a 99,4%). Os aerogéis apresentaram na sua morfologia uma estrutura organizada em lamelas formadas de teias de microfibrilas. Os aerogéis de CBOXNS apresentaram capacidade de absorção de óleos e solventes orgânicos (35 a 75 vezes o próprio peso) menor que os de CBN e CBNS, mas propriedades mecânicas superiores (tensão de 13,0 kPa e módulo de elasticidade de 39,4 kPa), o que possibilitou sua utilização por 7 ciclos de absorção-secagem, mantendo uma capacidade de absorção de 83%. O aerogel de CBOXNS apresentou o melhor equilíbrio entre todas as propriedades testadas e foi utilizado como modelo para a celulose bacteriana de permeado de suco de caju (CBP) e a celulose de eucalipto (CE). Os aerogéis de CBP oxidado e silanizado (CBPOXNS) e de CE oxidado e silanizado (CEOXNS) também são muito leves (~0,011 g.cm-3) e muito porosos (~99,4%), possuem propriedades mecânicas inferiores (tensão de 3,1 kPa e módulo de elasticidade de 10,7 e 3,1 kPa) quando comparados às do aerogel de CBOXNS, mas possuem elevada capacidade de absorção de óleos e solventes orgânicos, sendo o aerogel de CBPOXNS um ótimo absorvedor de óleos (65 vezes o próprio peso) e o aerogel de CEOXNS um ótimo absorvedor de solventes orgânicos (55 a 80 vezes o próprio peso).
Abstract: Aerogel is a solid material that presents high porosity, low density and large surface area, with characteristics appropriate for new high value applications. As a consequence, studies are focused on new sources of raw material, processes and treatments aiming at reducing the high cost involved in obtaining them. In this context, plant fibers, especially cellulose, are the most abundant natural polymer and one of the main constituents of plant cell walls, also synthesized by some microorganisms. To expand the range of applications, some studies have investigated the functionalization of aerogels, being an area with high potential to be explored. In the present work, with the objective of establishing a methodology for obtaining aerogels, bacterial cellulose was oxidized by TEMPO, nanofibrillated in blender and silanized with methyltrimethoxysilane. Oxidation and silanization were evidenced by FTIR. Aerogels were produced from this functionalized suspension (CBOXNS) and compared to other non-oxidized (CBN and CBNS) and non-silanized aerogels (CBOXN). All aerogels are very light (density 0.010 to 0.014 g.cm-3) and very porous (porosity 99.8 to 99.4%). The aerogels presented in their morphology a structure organized in lamella formed of webs of microfibrils. The aerogels of CBOXNS presented a lower absorption capacity of organic oils and solvents (35 to 75 times the own weight) than those of CBN and CBNS, but higher mechanical properties (tension of 13.0 kPa and elasticity modulus of 39.4 kPa ), which allowed its use for 7 absorption-drying cycles, maintaining an absorption capacity of 83%. The CBOXNS aerogel presented the best balance among all tested properties and was used as a model for cashew juice permeate bacterial cellulose (CBP) and eucalyptus cellulose (CE). The aerogels of oxidized and silanized CBP (CBPOXNS) and oxidized and silanized CE (CEOXNS) are also very light (~ 0.011 g.cm-3) and very porous (~ 99.4%), have lower mechanical properties (3,1 kPa and modulus of elasticity of 10,7 and 3,1 kPa) when compared to the aerogels of CBOXNS, but they have a high capacity of absorption of oils and organic solvents, being the aerogel of CBPOXNS a great absorber of oils (65 times the own weight) and CEOXNS aerogel a great organic solvent absorber (55 to 80 times its own weight).
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/41015
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