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Rochel Montero LagoAdriana Silva de AlbuquerqueRose-Marie BelardiRosana Zacarias DominguesEduardo Nicolau dos SantosJuliana Cristina Tristao2019-08-13T11:53:37Z2019-08-13T11:53:37Z2010-12-21http://hdl.handle.net/1843/SFSA-8EDR6BNeste trabalho de doutorado foi investigada a preparação e caracterização de materiais contendo nanoestruturas magnéticas baseadas em ferro recobertas por carbono na forma de camada e/ou filamentos e nanotubos de carbono por meio de um processosimples e de baixo custo, o processo de deposição química a vapor, conhecido como CVD (Chemical Vapor Deposition). Reações à Temperatura Programada foram utilizadas para o acompanhamento do processo. As fontes de carbono estudadas para o recobrimento foram metano (CH4) e etanol (CH3CH2OH). Os materiais testados comoprecursores de fases magnéticas foram hematita sintética (-Fe2O3), ferritas de Co, Cu e Ni (CoFe2O4, CuFe2O4 e NiFe2O4), o óxido misto suportado Ca2Fe2O5/CaO e o rejeito industrial lama vermelha, rica em óxidos de ferro. Foi também preparado um material formado por uma matriz de carbono contendo nanopartículas magnéticas a partir dapirólise da sacarose contendo sal de ferro disperso. Testes preliminares em aplicações ambientais e catalíticas como adsorventes magnéticos de corantes e suporte de catalisadores foram realizados para grande parte dos materiais produzidos. Inicialmente, metano e etanol foram testados em reações com hematita sintética(-Fe2O3), o óxido de ferro mais comum. A reação entre metano e hematita entre 600-700oC forma essencialmente magnetita (Fe3O4) e à temperaturas mais elevadas forma-se magnetita e wüstita (Fe1-xO) em diferentes proporções. Os resultados sugerem após reação com metano a formação de cerca de 4 % de depósito de carbono e a presença de partículas menores que 200 nm em parte do material produzido. Melhores resultados foram alcançados no estudo da reação de etanol com hematita que proporciona melhor recobrimento e maiores quantidades de depósitos de carbono na forma de filamentos (acima de 44 % de carbono para reações superiores a 700oC). Após ReTP com etanol a 600oC, toda hematita se converte em magnetita, wüstita e ferro metálico (Fe0). À temperaturas mais elevadas, basicamente são formadas as fases carbeto de ferro (Fe3C) e ferro metálico em diferentes proporções. Através de testes de ativação do carbono comCO2 foi possível observar um aumento de 65 % no valor da área superficial. Também se observou a presença de partículas menores que 200 nm em parte do material produzido. A fonte de carbono etanol mostrou melhores resultados que o metano. Dessa forma, partiu-se para o estudo da ReTP entre etanol e outros tipos de precursores da fase magnética, como o rejeito lama vermelha, rico em óxido de ferro, com a intenção de agregar valor a um rejeito industrial. Os resultados mostraram que a ReTP de etanol com o rejeito proporciona a formação de núcleos de ferro metálico recobertos por depósitos de carbono na forma de nanofilamentos e sugerem a presença de partículasmenores que 50 nm. O teor de carbono estimado para os materiais produzidos foi entre 7 e 35 % aproximadamente. Com o objetivo de analisar o material produzido no processo CVD na presença de metais como Co, Cu e Ni, foram estudadas ferritas do tipo CoFe2O4, CuFe2O4 e NiFe2O4. Os resultados mostraram a formação de fases reduzidas como -Fe para a CuFe2O4, a formação das ligas metálicas Ni-Fe e Co-Fe para as ferritas de NiFe2O4 e CoFe2O4, respectivamente, além da presença das fases Fe3C e -Fe(C). Os teores de carbono variaram entre 37 e 45 % para as diferentes ferritas preparadas. Nota-se apresença de filamentos na superfície dos materiais e a presença abundante de partículas magnéticas menores que 100 nm.O próximo precursor da fase magnética investigado em reações com etanol foi o óxido misto suportado formado por Ca2Fe2O5/CaO. Nesta etapa, o objetivo foi estudar a influência do uso do suporte na formação das partículas magnéticas. Após reação com etanol verificou-se a formação das fases Fe0, Fe3C, CaCO3, Ca(OH)2 e CaFe2O4, alémde carbono na forma de nanofilamentos irregulares contendo uma série de partículas de ferro com dimensões na média de 42 nm. Uma das vantagens deste material é que os nanofilamentos magnéticos podem ser separados do suporte por simples dissolução do suporte com tratamento ácido. O último material produzido neste trabalho foi feito através de um processo diferente dos demais já descritos e consiste na pirólise da sacarose contendo sal de ferro disperso com a produção de uma matriz de carbono contendo nanopartículas magnéticas. As análises mostraram que o tratamento térmico a 400oC produz essencialmente magnetita, além de carbono, enquanto que tratamentos em temperaturas mais elevadas como 600 e 800oC levam a formação de fases como ferro metálico e carbeto de ferro. Partículas de dimensões menores que 50 nm encapsuladas por carbonoforam identificadas. Teores variados de carbono foram encontrados, de acordo com a natureza da amostra com valores entre 61 e 95 %.In this work it was investigated the preparation and characterization of materials containing magnetic nanostructures based on iron coated with carbon layer and/or filaments and carbon nanotubes by a simple and low cost CVD process. Temperature Programmed Reaction (TPRe) was used to monitor the process. The carbon sources studied were methane (CH4) and ethanol (CH3CH2OH). The materials investigated as precursors of magnetic phases were synthetic hematite (-Fe2O3), ferrites of Co, Cu and Ni (CoFe2O4, CuFe2O4 and NiFe2O4), the supported mixed oxide Ca2Fe2O5/CaO and the iron rich industrial waste red mud. It was also prepared a carbon matrix containing magnetic iron nanoparticles by the pyrolysis of Fe3+ dispersed in sucrose. Preliminarytests in environmental and catalytic applications as magnetic adsorbents of dye and catalyst support were performed for most of the materials produced. Initially, methane and ethanol were tested in reactions with synthetic hematite (-Fe2O3), the most common iron oxide. The reaction between methane and hematite between 600-700oC essentially formed magnetite (Fe3O4) and at higher temperatures magnetite and wustite (Fe1-xO) in different proportions. The results suggested the formation of 4 % carbon after reaction with methane and the presence of particlessmaller than 200 nm in some of the materials produced. Better results were found for the ethanol reaction with hematite with higher carbon contents mainly as filaments (up to 44 % of carbon for reactions above 700oC). After TPRe with ethanol at 600oC, all hematite converts to magnetite, wustite and metallic iron (Fe0). At higher temperatures,the composition is basically formed by iron carbide phases (Fe3C) and metallic iron in different proportions. The carbon activation with CO2 showed an increase of 65 % in the surface area. It was also observed the presence of particles smaller than 200 nm in some of the material produced. The reaction of ethanol was used to modify the waste red mud. The results showed that the TPRe of ethanol with the waste provides the formation of metallic iron cores covered by carbon deposits in the form of nanofilaments and suggested the presence of particles smaller than 50 nm. The carbon content estimated for the materials was between 7 and 35 %, approximately. In the next step it was studied the use of the ferrites CoFe2O4, CuFe2O4 and NiFe2O4. The results showed the formation of reduced phases such as -Fe for CuFe2O4, Ni-Fe and Fe-Co for the ferrites NiFe2O4 and CoFe2O4, respectively, and the presence of phases Fe3C and -Fe(C). The carbon contents ranged between 37 and 45 %for different ferrites prepared. It was observed in general large amounts of carbon filaments and abundant presence of magnetic particles smaller than 100 nm. The next Fe precursor investigated in reactions with ethanol was the supported mixed oxide formed by Ca2Fe2O5/CaO. At this stage the objective was to study the influence of using the support in the formation of magnetic particles. After reaction with ethanol it was found the formation of the phases Fe0 Fe3C, CaCO3, Ca(OH)2 andCaFe2O4 besides carbon in the form of irregular nanofilamentos containing a series of iron particles with dimensions of ca. 42 nm. One advantage of this material is that the magnetic nanofilaments can be separated from the support by simple dissolution with acid treatment.Finally, it was investigated a different process to produce magnetic nanoparticles based on the pyrolysis of an iron salt containing sucrose. The analyses showed that the thermal treatment at 400oC produced mainly magnetite, besides carbon, whereas treatments at higher temperatures such as 600 and 800oC produces the formation ofphases such as metallic iron and iron carbide. Particles smaller than 50 nm encapsulated by carbon were identified. Different carbon contents were found, according to the sample with values between 61 and 95 %.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGNanotecnologiaNanoparticulas magnéticasMateriais compostosOxido de ferroQuímicaMateriais magnéticosCompósitos metalcarbonoNanoestruturas de carbonoMateriais nanoestruturados magnéticos à base de ferro recobertos por carbono: síntese, caracterização e aplicaçõesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINAL.pdfapplication/pdf8239759https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/SFSA-8EDR6B/1/.pdff9f766aeced02e51e600b5d450bb05f5MD51TEXT.pdf.txt.pdf.txtExtracted texttext/plain335103https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/SFSA-8EDR6B/2/.pdf.txtdb6e051fe6e917e2b0311c04c7162fa8MD521843/SFSA-8EDR6B2019-11-14 22:51:30.87oai:repositorio.ufmg.br:1843/SFSA-8EDR6BRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-15T01:51:30Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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