Pontos de carbono obtidos do bagaço de cana e sua aplicação como marcadores fluorescentes de etanol combustível
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/51307 |
Resumo: | Neste estudo, nanomateriais fluorescentes à base de carbono foram testados como marcadores de etanol hidratado combustível para possível prevenção de fraudes e adulterações. Bagaço de cana seco e carbonizado no forno nas temperaturas de T = 200, 325 e 450 °C foram utilizados como precursores de pontos de carbono (PCs) através da carbonização solvotermal a 180 oC. Os sistemas produzidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão (MET), espalhamento de luz dinâmico (DLS), potencial zeta, análise termogravimétrica, espectroscopia de absorção eletrônica, espectroscopia de emissão e espectroscopia de absorção na região do infravermelho. As imagens de MET mostraram nanopartículas com formato esférico ou quase esférico com tamanhos médios de 1,60 nm para o bagaço de cana seco, e de 5,88 nm para o bagaço de cana carbonizado. Esses valores foram diferentes dos raios hidrodinâmicos observados por DLS, que variaram na faixa de 0,8 a 5.560 nm. Esses resultados associados aos de potencial zeta indicaram a formação de agregados de nanopartículas, evidenciando instabilidade das amostras. Os espectros de absorção eletrônica dos PCs produzidos com o bagaço de cana seco e carbonizados a 200°C apresentaram uma única banda, diferente do que é visto na literatura, mas dentro da faixa de 200 a 400 nm, relacionada com transições eletrônicas carbono–carbono do núcleo aromático e de ligações de grupos funcionais na superfície. Os sistemas aquosos apresentaram fluorescência azulada e os PCs obtidos do bagaço de cana carbonizado a 200 °C apresentaram dependência do comprimento de onda de excitação, deslocando seu máximo de intensidade de fluorescência de 425 nm até 565 nm. Os espectros de emissão do bagaço de cana carbonizado a 200 oC apresentaram largura da banda a meia altura (FWHM) de 110 nm enquanto os espectros de emissão do bagaço de cana seco apresentaram FWHM de 85 nm. Os espectros de absorção no infravermelho mostraram o desaparecimento dos grupos funcionais responsáveis pela fluorescência na superfície dos nanomateriais, à medida que a temperatura de carbonização precursores aumentou de T ≥ 325 oC. Foi possível realizar a marcação do etanol hidratado combustível com os PCs, sendo possível a detecção tanto por absorção eletrônica quanto por fluorescência. Entretanto, os PCs produzidos com bagaço carbonizado a 200 °C só puderam ser detectados em uma ordem de grandeza acima de partes por milhão, ou seja, não atingindo o limite de detecção de concentração preconizado pela Agência Nacional de Petróleo, Gás e Biocombustíveis. |
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FERRER, Nadson Humberto Costahttp://lattes.cnpq.br/3622676464003443http://lattes.cnpq.br/2234463053019457http://lattes.cnpq.br/9291606594758889SANTOS, Beate SaegesserLEITE, Elisa Soares2023-06-28T12:01:53Z2023-06-28T12:01:53Z2022-07-29FERRER, Nadson Humberto Costa. Pontos de carbono obtidos do bagaço de cana e sua aplicação como marcadores fluorescentes de etanol combustível. 2022. Dissertação (Mestrado em Ciências de Materiais) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2022.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/51307Neste estudo, nanomateriais fluorescentes à base de carbono foram testados como marcadores de etanol hidratado combustível para possível prevenção de fraudes e adulterações. Bagaço de cana seco e carbonizado no forno nas temperaturas de T = 200, 325 e 450 °C foram utilizados como precursores de pontos de carbono (PCs) através da carbonização solvotermal a 180 oC. Os sistemas produzidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão (MET), espalhamento de luz dinâmico (DLS), potencial zeta, análise termogravimétrica, espectroscopia de absorção eletrônica, espectroscopia de emissão e espectroscopia de absorção na região do infravermelho. As imagens de MET mostraram nanopartículas com formato esférico ou quase esférico com tamanhos médios de 1,60 nm para o bagaço de cana seco, e de 5,88 nm para o bagaço de cana carbonizado. Esses valores foram diferentes dos raios hidrodinâmicos observados por DLS, que variaram na faixa de 0,8 a 5.560 nm. Esses resultados associados aos de potencial zeta indicaram a formação de agregados de nanopartículas, evidenciando instabilidade das amostras. Os espectros de absorção eletrônica dos PCs produzidos com o bagaço de cana seco e carbonizados a 200°C apresentaram uma única banda, diferente do que é visto na literatura, mas dentro da faixa de 200 a 400 nm, relacionada com transições eletrônicas carbono–carbono do núcleo aromático e de ligações de grupos funcionais na superfície. Os sistemas aquosos apresentaram fluorescência azulada e os PCs obtidos do bagaço de cana carbonizado a 200 °C apresentaram dependência do comprimento de onda de excitação, deslocando seu máximo de intensidade de fluorescência de 425 nm até 565 nm. Os espectros de emissão do bagaço de cana carbonizado a 200 oC apresentaram largura da banda a meia altura (FWHM) de 110 nm enquanto os espectros de emissão do bagaço de cana seco apresentaram FWHM de 85 nm. Os espectros de absorção no infravermelho mostraram o desaparecimento dos grupos funcionais responsáveis pela fluorescência na superfície dos nanomateriais, à medida que a temperatura de carbonização precursores aumentou de T ≥ 325 oC. Foi possível realizar a marcação do etanol hidratado combustível com os PCs, sendo possível a detecção tanto por absorção eletrônica quanto por fluorescência. Entretanto, os PCs produzidos com bagaço carbonizado a 200 °C só puderam ser detectados em uma ordem de grandeza acima de partes por milhão, ou seja, não atingindo o limite de detecção de concentração preconizado pela Agência Nacional de Petróleo, Gás e Biocombustíveis.CAPESIn this work, sugarcane bagasse dried and carbonized in the oven at temperatures of 200, 325 and 450 °C were used as precursors of carbon dots using a solvothermal synthesis. The carbon-based fluorescent nanomaterial was tested as a fuel hydrated ethanol marker for possible fraud and adulteration prevention. In this way, the carbon spots produced were characterized by transmission electron microscopy (TEM), dynamic light scattering (DLS), zeta potential, thermogravimetric analysis (TGA), absorption, emission and infrared spectroscopies. After the synthesis, the carbon dots showed blue fluorescence. The TEM images revealed spherical or nearly spherical nanoparticles with average sizes of 1.60 nm for dried sugarcane bagasse and 5.88 nm for carbonized sugarcane bagasse. These values were different from the sizes presented by DLS, which varied from 0.8 to 5,560 nm. These results associated to the zeta potential results indicated the formation of nanoparticle aggregates occurred from the sample instability. On the other hand, the absorption spectra of the carbon points produced with the dried sugarcane bagasse and carbonized in the oven at 200°C showed a single broad band, different from what is seen in the literature, but within the ranges from 200 to 400 nm related to the carbon – carbon of the aromatic nucleus transition electronic and the functional groups bonds on the surface. The emission spectra of dry and carbonized sugarcane bagasse at 200 °C presented similar intensities, but with different full width at half maximum. For the carbonized bagasse it was 110 nm while that of the dried sugarcane bagasse was 85 nm. The carbon dots obtained from carbonized bagasse at 200 °C were excited at different wavelengths and showed dependence on the excitation wavelength, shifting their maximum intensity from 425 nm to 565 nm. The infrared spectra show that high temperatures remove the groups responsible for fluorescence on the surface of the nanomaterial, decreasing the fluorescence of carbon dots for the temperatures 325 °C and 450 °C. The goals of this work were achieved, considering that the carbon dots synthesized marked the ethanol fuel using absorption and fluorescence spectra. Although, the carbon dots produced with carbonized bagasse at 200 °C could only be detected in an order of magnitude above parts per million. This is beyond the concentration limit allowed by the Brazilian National Agency of Petroleum, Gas and Biofuels (ANP).porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Ciencia de MateriaisUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessMateriais não metálicosPonto de carbonoMarcadorEtanol hidratado combustívelPontos de carbono obtidos do bagaço de cana e sua aplicação como marcadores fluorescentes de etanol combustívelinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPETEXTDISSERTAÇÃO Nadson Humberto Costa Ferrer.pdf.txtDISSERTAÇÃO Nadson Humberto Costa Ferrer.pdf.txtExtracted texttext/plain165423https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/51307/4/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Nadson%20Humberto%20Costa%20Ferrer.pdf.txtc313d4ea648a202d0d0fdc1eda8d0015MD54THUMBNAILDISSERTAÇÃO Nadson Humberto Costa Ferrer.pdf.jpgDISSERTAÇÃO Nadson Humberto Costa Ferrer.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1182https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/51307/5/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Nadson%20Humberto%20Costa%20Ferrer.pdf.jpg5544ee2c48b05893b3d680f634a9f313MD55CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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