PRODUÇÃO DE NANOPARTÍCULAS DE DIÓXIDO DE ESTANHO PELO MÉTODO SOL-GEL UTILIZANDO AMIDO DE MANDIOCA

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Materiais

Autores

Miranda do Nascimento, J. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ) ; Marcolino de Souza, T. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ)

Resumo

Nanopartículas de SnO2 foram produzidas pelo método sol-gel proteico utilizando amido de mandioca. O pH foi ajustado durante a síntese afim de diminuir a aglomeração das nanopartículas. O material obtido foi caracterizado por difração de raios X e o tamanho médio das partículas foi calculado usando o método de refinamento de Rietveld com auxílio do software MAUD. Os resultados de DRX indicaram a Cassiterita (SnO2) como componente majoritário para todos os tratamentos térmicos utilizados. Entretanto, para as temperaturas de 450 e 500°C, observou-se também a presença de picos de baixa intensidade associados a uma fase secundária. Os resultados revelaram que, para as condições adotadas, a técnica empregada permite a produção de nanopartículas de SnO2 com diâmetros médios entre 6 nm e 109 nm.

Palavras chaves

Nanopartículas; SnO2; Sol-Gel

Introdução

O dióxido de estanho é um semicondutor que possui um gap de energia de 3,8 eV à temperatura ambiente (ROCKENBERGER et al., 2000) e pode apresentar alta condutividade elétrica, alta transparência na região do visível, alta estabilidades térmica, mecânica e química. De acordo com a literatura, o SnO2 pode ser sintetizado na forma de filmes finos ou nanopartículas e utilizado para diversas aplicações, tais como: visores de cristais líquidos, eletrodos transparentes para células solares, sensores de gás anti-estático, catalizadores e revestimento anti-corrosão (LIN et al., 1996; GOBBERT et al., 1999). Muitas técnicas vêm sendo utilizadas para a síntese de materiais nanoestruturados, por exemplo: evaporação térmica (SCHLOSSER et al., 1998), precipitação (ABELLO et al., 1998), pirólise (KAKIHANA et al., 1996), hidrotérmica (RISTIC et al., 2002), polimerização complexa (PC) (LEITE et al., 2002), sol-gel (BROUSSOUS et al., 2002) e sol-gel proteico (SOARES et al., 2013). Dentre esses métodos, pode-se destacar o método sol-gel proteico, que possui como principal vantagem a obtenção de sistemas homogêneos com alto grau de pureza, que podem ser calcinados a temperaturas relativamente baixas, permitindo a síntese de óxidos com propriedades bem definidas e controladas. (VIGLIAR et al., 2006). Nanopartículas de óxidos metálico já foram produzidas com sucesso pelo método sol-gel proteico utilizando como agente polimerizante a água de coco (SOARES et al., 2013) e a gelatina (ZILMA, 2011). Neste trabalho, nanopartículas de dióxido de estanho foram sintetizadas pelo método sol-gel proteico utilizando o amido da mandioca (Manihot esculenta) como um novo agente quelante e polimerizante em substituição aos alcóxidos convencionais.

Material e métodos

Um procedimento típico para síntese de nanopartículas de SnO2 é descrito a seguir: (i) dissolução de estanho metálico (Synth, P.A.) em uma mistura de ácido nítrico (HNO3 65%, Biotec, P.A.) e ácido clorídrico (HCl 37%, Synth, P.A.) para obtenção de uma solução contendo íons Sn4+; (ii) neutralização do pH da solução pela adição de hidróxido de amônio (NH4OH, Synth, P.A.) gota a gota sob agitação; (iii) adição de amido da tapioca sob agitação e aquecimento até a formação de um gel; (iv) secagem da amostra em uma estufa a 100°C durante 24 horas. Após o processo de síntese, o material obtido (xerogel) foi homogeneizado e calcinado em diferentes temperaturas, 400°C, 450°C e 500°C, utilizando-se um tempo de patamar de 2h. Finalmente, após o tratamento térmico, as amostras foram lavadas em água destilada sob centrifugação para eliminação de sais residuais. As fases cristalinas foram determinadas utilizando-se difratometria de raios X (DRX). As análises de DRX foram realizadas em um equipamento modelo D2 Phaser (Bruker) utilizando-se um tubo de radiação com anodo de Cu (Kα 1,5406 Å), operado a 30 kV e 10 mA, com 2θ variando entre 10° e 80°, passo de 0,05° e tempo/passo de 0,5s. A identificação das fases do material foi realizada por meio do banco de dados PDF2 do ICDD (International Center for Difraction Data). O cálculo de tamanho de cristalito foi realizado através do método Rietveld de refinamento estrutural (YOUNG, 1993), utilizando o programa MAUD (Materials Analysis Using Difraction) (LUTTEROTTI, 2001).

Resultado e discussão

Na Figura 1 são apresentados os difratogramas de raios X dos materiais produzidos pelo método sol-gel utilizando amido de mandioca. Para todas as temperaturas de calcinação utilizadas, os principais picos de difração verificados foram associados à estrutura tetragonal simples da Cassiterita (amcsd-0019242), que pertence ao grupo espacial P 42/mnm e os picos mais intensos correspondentes aos planos cristalinos (110), (011) e (121). Para as amostras calcinadas a 450 e 500°C, foi possível também identificar picos de baixa intensidade (2θ aproximadamente iguais a 23,9°, 30,5° e 46,4°; letra α na Figura 1), que possivelmente estão associados à fase secundária Archerita (KNH4HPO4; amcsd-0019080). Estudos adicionais serão necessários para confirmar e esclarecer o mecanismo de formação desta fase secundária. Com o auxílio do softwere MAUD foi determinado o tamanho médio das partículas, como indicado na Tabela 1. Para todas as temperaturas de calcinação, observou-se que as partículas apresentavam tamanho médio dentro da faixa nanométrica. Adicionalmente, verificou-se um crescimento significativo do tamanho médio das particulas com o aumento da temperatura de calcinação.

Difratogramas de raios X dos pós de SnO2 produzidos pelo método sol-gel proteico em pH= 7 após a calcinação em diferentes temperaturas.


Tamanho médio dos cristalitos de SnO2 produzidos pelo método sol-gel proteico após tratamento térmico em diferentes temperaturas.

Conclusões

Nanopartículas de dióxido de estanho foram produzidas com sucesso por meio do método sol-gel proteico utilizando amido da mandioca. Os resultados de difração de raios X dos materiais produzidos indicaram a Cassiterita (SnO2) como componente majoritário e, picos de baixa intensidade possivelmente associados a fase secundária Archerita. O refinamento de Rietveld dos dados de difração de raios X indicou que, para as condições de síntese empregadas, a técnica permite a produção de nanopartículas de SnO2 com o tamanho médio de cristalito entre 6 e 109 nm.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio fornecido ao trabalho (Processo nº 135055/2015-6).

Referências

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