SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS DE ZnO OBTIDAS POR CALCINAÇÃO DE NANOFIOS OBTIDOS POR ELETROFIAÇÃO

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Rosa, M.F. (UNIOESTE) ; Silva, A.E.C. (UNIOESTE) ; Dragunski, D.C. (UNIOESTE) ; Bariccatti, R.A. (UNIOESTE) ; Lobo, V.S. (UTFPR/TOLEDO)

Resumo

Este trabalho descreve as condições instrumentais para a obtenção nanofios de PBAT/Zn(NO3)2 obtidos pelo processo de eletrofiação que foram submetidos ao processo de calcinação para a síntese de ZnO nanoestruturado. As melhores condições para o processo de nanofiação obtidas por meio de um planejamento experimental foram: fluxo de 1,0 mL min^-1, tensão de 12 kV e distância da agulha ao anteparo de 12 cm. O ZnO nanoestruturado obtido foi caracterizado pelas técnicas Microscopia Optica, Difração de Raio-X (DRX), Análise Térmica Gravimétrica (TGA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Reflexão Total Atenuada (ATR).

Palavras chaves

fotocatálise; nanotecnologia; eletrofiação

Introdução

A nanotecnologia vem se destacando ao longo dos anos devido à versatilidade em suas aplicações. Um bom exemplo disso é a produção de membranas que podem ser utilizadas em diversas áreas, como a têxtil, biomédica, materiais funcionais, energia, eletrônica, cosméticos, compósitos e biomateriais (ANDRADE, 2012). Dentre os trabalhos acerca do processamento destas nanoestruturas, destaca-se a produção de nanofibras ou nanofios, na qual a eletrofiação apresenta-se bastante conveniente e tem sido extensamente estudada (COSTA et al., 2012a). O processo de eletrofiação consiste na aplicação de forças eletrostáticas e de arraste a uma solução polimérica para a formação de nanofibras. Um eletrodo conectado a uma fonte de alta tensão positiva (ou negativa) é inserido na solução polimérica contida em um tubo capilar, formando uma gota. Aumentando a tensão elétrica, a superfície da gota se alonga formando um cone (cone de Taylor). Quando a tensão superficial é rompida pela forca eletrostática, um jato carregado da solução é ejetado. Durante a trajetória o solvente deste jato é evaporado e o polímero solidificado, formando uma membrana nanofibrílica em um coletor formado por uma manta metálica com aterramento (Figura 1) (GUERRINI, 2006). Este trabalho utilizou a técnica de nanofiação como uma plataforma para a obtenção de óxidos metálicos semi-condutores que poderiam ser utilizados como fotocatalisadores. Empregou-se como modelo o ZnO, devido principalmente ao seu baixo custo e de já haver relatos na literatura sobre sua atividade fotocatalítica.

Material e métodos

Os reagentes utilizados para a obtenção da nanofibras foram clorofórmio, dimetilformamida (DMF), etanol, PBAT (Ecoflex®), comercializado pela BASF e nitrato de zinco Zn(NO3)2. 6 H2O da marca Dinâmica. As soluções poliméricas foram preparadas de acordo com a metodologia utilizada em estudos anteriores. Inicialmente, preparou-se uma mistura contendo 85% (v/v) de clorofórmio, 10% (v/v) de DMF, 5% (v/v) de uma solução 0,8 g mL^-1 de (ZnNO3)2. 6 H2O solubilizado em etanol e 17% (m/v) do polímero PBAT. O polímero foi dissolvido em clorofórmio, permanecendo sob agitação por 2 horas em um agitador magnético. Em seguida, foi adicionado a esta solução, o DMF e a solução alcoólica de Zn(NO3)2.6 H2O, que permaneceu por mais 20 horas sob agitação para garantir a uniformidade. Todo procedimento foi realizado em frascos fechados para impedir a evaporação do solvente e manter sua concentração constante. O processo de eletrofiação foi realizado a temperatura ambiente (23 a 26 oC) e umidade variando de 26 a 30%. A montagem do aparato para a eletrofiação seguiu conforme a representação esquemática apresentada na Figura 1. Uma agulha de aço inoxidável acoplada a uma seringa de 5 mL foi utilizada como tubo capilar. O eletrodo conectado a uma fonte de alta tensão (kV) ligou a agulha até placa coletora previamente aterrada. As características morfológicas e os diâmetros das nanofibras eletrofiadas foram avaliadas pelo microscópio óptico. Após a calcinação das nanofibras os material sintetizado foi caracterizado através de difração de raios-X (DRX), por analise térmica gravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia UV-Vis.

Resultado e discussão

Através das imagens das nanofibras de ZnO/PBAT eletrofiadas, obtidas através do microscópio óptico, foi possível avaliar estatisticamente a influência das variáveis distância e tensão no diâmetro dos nanofios. Os diâmetros médios e as imagens das nanofibras obtidas com escala de 100 µm a partir de cada uma das variações. O diâmetro obtido pode ser estipulado com o auxílio do software analisador de imagens Quantikov, onde foram realizadas 40 medidas das nanofibras e em seguida calculado o diâmetro médio de cada nanofilme. Inicialmente foram avaliadas as variáveis tensão e distância para o preparo das nanofibras ZnO/PBAT. De acordo com os resultados foi possível observar que a variável tensão é significativa para o modelo, uma vez que o p-valor para o coeficiente foi menor que α = 5%. Pela equação de ajuste do modelo os coeficientes das variáveis tensão e distância são positivos e com isso, pode-se concluir que o aumento destes parâmetros resultam em um aumento no diâmetro da fibra. De acordo com os resultados do tratamento estatístico, a solução teste para a obtenção das nanopartículas foi eletrofiada utilizando o fluxo de 1,0 mL.min-1, tensão de 12 kV e distância de 12 cm. Após a eletrofiação, as fibras passaram por um processo de calcinação em forno tiplo mufla a 300oC por 6 h (PARIDA, et al., 2006; SILVA, et al., 2010), restando apenas as nanopartículas de ZnO. A partir da análise de DRX, foi possível avaliar a estrutura cristalina obtidas a partir da calcinação dos nanofios de ZnO/PBAT. Pela análise dos difratogramas obtidos (Figura 2) os diâmetros médios calculados para as partículas foram 153,26 nm ZnO comercial e 46,69 nm nm para o ZnO sintetizado, comprovando a obtenção de partículas de menor tamanho do que o produto comercial.

Representação da montagem típica do sistema de eletrofiação.


Difratograma da amostra de ZnO (a) sintetizado comparado com (b) a base de dados.

Conclusões

A partir dos resultados obtidos foi possível concluir que a diminuição da distância entre a agulha e o coletor utilizada na eletrofiação dos nanofios de ZnO/PBAT influencia na obtenção de nanofibras de diâmetros menores e que a partir delas há a possibilidade de obtenção de obter ZnO com fase cristalina característica e equivalentes ao material comercial empregando o processo de eletrofiação, porém com tamanho de partículas menores, o que sugere que com o aumento da superfície de contato do material particulado que pode ser favorável ao processo de fotocatálise.

Agradecimentos

Os autores agradecem a UEM e a Prati-Donaduzzi Medicamentos Genéricos pelas análises instrumetais apresentadas nesse trabalho.

Referências

ANDRADE, S. M. B. Eletrofiação e caracterização de membranas biopoliméricas a base de quitosana extraída dos exoesqueletos de crustáceos. 2012. 131f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2012.
COSTA, R. G. F. et al. Eletrofiação de polímeros em solução. Parte I: fundamentação teórica. Polímeros, v.22, n. 2, p. 170 – 177, 2012.
GUERRINI, L. M.; BRANCIFORTI, M. C.; BRETAS, R. E. Eletrofiação do Poli (álcool vinílico) Via Solução aquosa. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 16, n. 4, p. 286 – 293, 2006.
PARIDA, K. M. et al. Physico-chemical characterization and photocatalytic activity of zinc oxide prepared by various methods. Journal of Colloid and Interface Science, v. 298, p. 787 – 793, 2006.
SILVA, S. S. et al. Nanocompósitos semicondutores ZnO/TiO2. Testes fotocalíticos. Química Nova. v. 33, n. 1, p. 85 – 89, 2010.