Desenvolvimento de sistema de detecção de gás amônia empregando filmes sensores à base de grafeno-poliestireno
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/54310 |
Resumo: | Neste trabalho, é proposto o desenvolvimento de um sistema eletrônico para detecção de gás amônia e a síntese de nanocompósitos poliméricos à base de poliestireno e nanoplaquetas de grafeno, para aplicação como elementos sensores de gás amônia em amostras de cama aviária. O parâmetro de resposta do sistema de análise proposto é baseado na variação de resistência elétrica observada nos nanocompósitos XGNP/PS frente a diferentes concentrações de amônia. Esta variação ocorre provavelmente devido a adsorção das moléculas de amônia na superfície rugosa destes nanocompósitos. Foram investigadas diferentes proporções de nanoplaquetas de grafeno na matriz polimérica de poliestireno. Os nanocompósitos foram caracterizados por FTIR, RAMAN, TG e MEV. Baseado em um planejamento fatorial 2 4 com 5 pontos centrais foi avaliada a influência dos fatores físicos no comportamento dos compósitos. Notou-se que o aumento de tensão elétrica e do volume da amostra contribuem negativamente para a amplitude de sinal de resistência elétrica, enquanto tempo de exposição e tempo de exaustão contribuem positivamente para o aumento da amplitude de sinal de resistência elétrica. Portanto, utilizando o nanocompósito XGNP/PS 10,0% (m/m), que apresentou menor desvio padrão relativo, foram empregados tensão elétrica de 0V, tempo de medidas de 200 s, tempo de limpeza de 400 s e volume de amostra de 10 mL. Considerando o limite de detecção, a resposta foi linear na faixa de 5 a 30 mg L-1 (S= (10,643 ± 0,201) + (0,219 ± 0,013)×C) (R= 0,996) onde S é sinal e C é concentração de amônia em mg L-1. Os limites de detecção e quantificação foram de 0,046 mg L -1 e 0,154 mg L -1 , respectivamente e o RSD de 0,05% (concentração de amônia= 15 mg L-1, n = 3). O sensor foi aplicado para determinar a concentração de amônia em uma amostra real de cama aviária e o conjunto de resultados obtidos indica a potencialidade do emprego dos nanocompósitos XGNP/PS como sensor de gás amônia em diferentes aplicações. |
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O parâmetro de resposta do sistema de análise proposto é baseado na variação de resistência elétrica observada nos nanocompósitos XGNP/PS frente a diferentes concentrações de amônia. Esta variação ocorre provavelmente devido a adsorção das moléculas de amônia na superfície rugosa destes nanocompósitos. Foram investigadas diferentes proporções de nanoplaquetas de grafeno na matriz polimérica de poliestireno. Os nanocompósitos foram caracterizados por FTIR, RAMAN, TG e MEV. Baseado em um planejamento fatorial 2 4 com 5 pontos centrais foi avaliada a influência dos fatores físicos no comportamento dos compósitos. Notou-se que o aumento de tensão elétrica e do volume da amostra contribuem negativamente para a amplitude de sinal de resistência elétrica, enquanto tempo de exposição e tempo de exaustão contribuem positivamente para o aumento da amplitude de sinal de resistência elétrica. Portanto, utilizando o nanocompósito XGNP/PS 10,0% (m/m), que apresentou menor desvio padrão relativo, foram empregados tensão elétrica de 0V, tempo de medidas de 200 s, tempo de limpeza de 400 s e volume de amostra de 10 mL. Considerando o limite de detecção, a resposta foi linear na faixa de 5 a 30 mg L-1 (S= (10,643 ± 0,201) + (0,219 ± 0,013)×C) (R= 0,996) onde S é sinal e C é concentração de amônia em mg L-1. Os limites de detecção e quantificação foram de 0,046 mg L -1 e 0,154 mg L -1 , respectivamente e o RSD de 0,05% (concentração de amônia= 15 mg L-1, n = 3). O sensor foi aplicado para determinar a concentração de amônia em uma amostra real de cama aviária e o conjunto de resultados obtidos indica a potencialidade do emprego dos nanocompósitos XGNP/PS como sensor de gás amônia em diferentes aplicações.CNPqIn this work, the development of an electronic system for ammonia gas detection and the synthesis of polymer nanocomposites based on polystyrene and graphene nanoplatelets are proposed for application as ammonia gas sensors in broiler manure samples. The response parameter of the proposed analysis system is based on the variation in electrical resistance observed in the XGNP/PS nanocomposites in the presence of different concentrations of ammonia. This variation likely occurs due to the adsorption of ammonia molecules on the rough surface of these nanocomposites. Different ratios of graphene nanoplatelets in the polystyrene polymer matrix were investigated. The nanocomposites were characterized using FTIR, RAMAN, TG, and SEM. Based on a 2 4 factorial design with 5 central points, the influence of physical factors on the behavior of the composites was evaluated. It was observed that the increase in electrical voltage and sample volume negatively contributes to the amplitude of electrical resistance signal, while exposure time and exhaustion time positively contribute to the increase in amplitude of electrical resistance signal. Therefore, using the XGNP/PS nanocomposite 10.0% (m/m), which showed the lowest relative standard deviation, an electrical voltage of 0V, measurement time of 200 s, cleaning time of 400 s, and sample volume of 10 mL were employed. Considering the detection limit, the response was linear in the range of 5 to 30 mg L -1 (S= (10.643 ± 0.201) + (0.219 ± 0.013)×C) (R= 0.996), where S is the signal and C is the concentration of ammonia in mg L-1. The detection and quantification limits were 0.046 mg L-1 and 0.154 mg L-1, respectively, with an RSD of 0.05% (ammonia concentration = 15 mg L -1, n = 3). The sensor was applied to determine the concentration of ammonia in a real poultry litter sample, and the results obtained indicate the potential use of XGNP/PS nanocomposites as ammonia gas sensors in different applications.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em QuimicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessNanoplaquetas de grafenoPoliestirenoSensor de gásAmôniaDesenvolvimento de sistema de detecção de gás amônia empregando filmes sensores à base de grafeno-poliestirenoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Joicy Bianca de Souza Costa.pdfTESE Joicy Bianca de Souza Costa.pdfapplication/pdf2966713https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/54310/1/TESE%20Joicy%20Bianca%20de%20Souza%20Costa.pdf6a51b32573a3356a8a3c1986b76688bdMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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