Caracterização e aplicação de cinzas de acácia-negra e timbó como sensores químicos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Zanella, Pedro Henrique
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/79511
Resumo: Orientador: Prof. Dr. José Pedro Mansueto Serbena
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spelling Zanella, Pedro HenriqueUniversidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em FísicaSerbena, José Pedro Mansueto, 1981-2022-10-24T15:14:36Z2022-10-24T15:14:36Z2022https://hdl.handle.net/1884/79511Orientador: Prof. Dr. José Pedro Mansueto SerbenaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física. Defesa : Curitiba, 08/02/2022Inclui referências: p. 51-55Resumo: Neste trabalho, investigou-se o potencial de resíduos sólidos provenientes da queima de madeira como material alternativo para obtenção de nanopartículas por meio da sua dispersão em água e sua aplicação em sensores químicos para formaldeído e água operados em temperatura ambiente. O estudo consiste na caracterização dos materiais, na fabricação dos sensores químicos e na caracterização destes através de medidas de espectroscopia de impedância quando submetidos a diferentes concentrações de analito. A caracterização foi realizada com uso de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios-x por dispersão em energia (EDS), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e difração de raios-x (DRX), técnicas que auxiliaram na interpretação dos resultados e na proposta do mecanismo de sensitividade dos sensores. O MEV permitiu uma análise morfológica inicial das cinzas de Acácia-negra e Timbó, que apresentaram certa regularidade em algumas regiões, aparentemente formando um filme contínuo, mas com a presença de buracos e poros. Com o EDS foi possível identificar emissões de raios-x característicos dos elementos mais abundantes presentes nas amostras, como cálcio, potássio, carbono e oxigênio, informações que corroboram a literatura e auxiliaram na identificação de fases cristalinas ao realizar difração de raios-x. O MET permitiu observar as nanopartículas presentes na dispersão das cinzas que, aparentemente, apresentam tamanhos e formas predominantemente similares entre si, estimados em centenas de nanômetros. Com o DRX foi possível observar fases cristalinas de hidróxido de cálcio, carbonato de potássio e hidróxido de potássio, compostos que corroboram as informações obtidas com o EDS. A fabricação e caracterização dos sensores foi realizada através de medidas de resistência em função da frequência de operação e da concentração dos analitos. A melhor frequência de operação dos dispositivos para detecção de ambos os analitos foi 1 kHz, os quais mostraram proximidade nos valores de sensitividade, sugerindo que medidas sejam feitas para melhor interpretar o comportamento destes sensores na presença dos analitos utilizados. Baixos limites de detecção para formaldeído foram obtidos: 22 ppm para o dispositivo preparado com a cinza de Acácia-negra e 36 ppm para o dispositivo preparado com a cinza de Timbó, que indicam uma possível aplicação de cinzas de madeira como um material alternativo para confecção de sensores químicos, sendo feitas algumas recomendações de trabalhos futuros com estes materiais.Abstract: In this work, the potential of solid residues from wood burning was investigated as an alternative material for obtaining nanoparticles through their dispersion in water and their application as chemical sensors for formaldehyde and water operated at room temperature. The study consists on the characterization of materials, the manufacture of chemical sensors and their characterization through impedance spectroscopy measurements when subjected to different analyte concentrations. The characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersion x-ray spectroscopy (EDS), transmission electron microscopy (TEM) and x-ray diffraction (XRD), techniques that helped in the interpretation of the results and in the proposal of the sensor sensitivity mechanism. The SEM allowed an initial morphological analysis of the wood ash, which showed some regularity in some regions, apparently forming a continuous film, but with the presence of holes and pores. With the EDS it was possible to identify x-ray emissions characteristic of the most abundant elements present in the samples, such as calcium, potassium, carbon and oxygen, information that corroborates the literature and helped in the identification of crystalline phases when performing x-ray diffraction. The TEM allowed to observe the nanoparticles present in the ash dispersion, which apparently have sizes and shapes that are predominantly similar to each other, with estimated size of hundreds of nanometers. With the XRD it was possible to observe crystalline phases of calcium hydroxide, potassium carbonate and potassium hydroxide, compounds that corroborate the information obtained with the EDS. The manufacture and characterization of sensors was made through resistance measurements as a function of operating frequency and analyte concentration. The best operating frequency of the devices for detecting both analytes was 1 kHz, which showed proximity in the sensitivity values, suggesting that measurements be made to better interpret the behavior of these sensors in the presence of the analytes used. Low detection limits for formaldehyde were obtained: 22 ppm for the device prepared with Acácianegra ashes and 36 ppm for the device prepared with Timbó ashes, which indicate a possible application of wood ash as an alternative material for manufacturing of chemical sensors, being made some recommendations for future work with these materials.1 recurso online : PDF.application/pdfFísicaBiomassaMateriais nanoestruturadosQuimicosFísicaCaracterização e aplicação de cinzas de acácia-negra e timbó como sensores químicosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - PEDRO HENRIQUE ZANELLA.pdfapplication/pdf5363410https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/79511/1/R%20-%20D%20-%20PEDRO%20HENRIQUE%20ZANELLA.pdf77111f7842eec874602c862a0bd52291MD51open access1884/795112022-10-24 12:14:36.323open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/79511Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082022-10-24T15:14:36Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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