Autores
Santana Junior, E. (UNILA) ; Alexandre Veltrone, L. (PPGIES-UNILA) ; Salgado, J.R.C. (PPGIES-UNILA)
Resumo
Este trabalho tem como objetivo a síntese de grafeno/óxido de grafeno através da
esfoliação eletroquímica do grafite derivado de pilhas comerciais. Os grafites
foram esfoliados por técnica eletroquímica em diferentes soluções ácidas. Os
resultados das caracterizações físico-químicas demonstram, de maneira geral, que
nas condições aplicadas aos grafites aparentam ser uma mistura de óxido de grafite
e óxido de grafeno.
Palavras chaves
Pilhas; Óxido de grafeno; Reciclagem
Introdução
Hoje em dia as pilhas e baterias são ferramentas indispensáveis em nosso
cotidiano, em virtude da grande demanda no mercado nas mais diversas aplicações,
por isso, teríamos que estar atentos em relação aos problemas que possam ocorrer
tais como recolhimento e reciclagem [1]. Este trabalho tem como objetivo
sintetizar e, isolar as estruturas de óxido de grafeno/grafeno a partir da
esfoliação eletroquímica (EsE) do eletrodo de grafite presente nas pilhas
domésticas (AA). Utilizou-se o método de esse, junto com o processo de banho
ultrassom, em soluções de ácido sulfúrico (H2SO4), ácido clorídrico (HCl) e
ácido nítrico (HNO3), ambas com a concentração de 0,5 mol L-1. Os materiais
obtidos foram caracterizados por difração de raio X, microscopia eletrônica de
varredura, espectroscopia de energia dispersiva de raio X, espectroscopia de
infravermelho com transformada de Fourier, análise termogravimétrica e
espectroscopia Raman.
Material e métodos
Primeiramente as pilhas foram selecionadas em modelo, tipo e marca e verificar
que todas foram descarregadas através de um ciclador e voltímetro para o
processo da abertura. As pilhas então foram abertas, com o auxílio de alicate de
bico, e foi feita a separação dos componentes presentes, assim como: haste de
grafite, metais dos invólucros, plásticos, papelão e o eletrólito cloreto de
amônio, dióxido de manganês e carbono. O preparo do grafite para a síntese do
grafeno/óxido de grafeno através da esfoliação eletroquímica inicia-se com a
limpeza das hastes de grafites com água e uma esponja para a retirar qualquer
resquício do eletrólito que possa vir a ficar fixado nas hastes de grafite. O
próximo passo é o processo de pré-tratamento das hastes de grafite, onde se
inicia com as hastes submersas em 50 mL de solução eletrolítica de ácido
sulfúrico, ácido nítrico e ácido clorídrico, ambas 0,5 mol L-1 por um período de
24 horas. O processo de esfoliação se inicia em uma célula eletroquímica onde se
utilizou como ânodo e cátodo as hastes de grafites. Em seguida é aplicado uma
tensão de 7,0 V através da fonte, MPC Lab Electronics, por 2 horas. Após este
processo a solução é transferida a um erlenmeyer para então ser encaminhado ao
processo de ultrasonicação por 60 min. O material obtido foi separado utilizando
uma centrífuga sob uma rotação de 4000 rpm e então realizado a lavagem
exaustiva com água mili-Q até pH neutro. Por fim, secou-se o material obtido em
placas de petri à 60°C por 72 horas em estufa. Os materiais obtidos foram
caracterizados por difração de raio X, microscopia eletrônica de varredura,
espectroscopia de energia dispersiva de raio X, espectroscopia de infravermelho
com transformada de Fourier, análise termogravimétrica e espectroscopia Raman.
Resultado e discussão
Os resultados de caracterização física demonstram, de maneira geral, que nas
condições aplicadas, o material obtido demonstra ser uma mistura de óxido de
grafite e óxido de grafeno. A técnica de caracterização por difração de raios X
foi utilizada para se obter informações sobre os planos cristalinos das
amostras. Conforme os dados coletados na Figura 1, demonstram que houve um pico
em 2θ = (001) em 11,6° que pode ser característico de estruturas típicas de
óxido de grafeno [2]. O “grafite” de partida quanto os grafites esfoliados
apresentam um pico em torno de 26,6º (2θ) referente ao plano basal (002),
característico de estruturas do grafite. Assim, este pico que define o grafite,
corresponde a estrutura bem organizada do empilhamento de suas camadas. No
entanto, o pico também aparece quando o material apresenta planos empilhados em
grafeno, e óxido de grafeno de poucas ou multicamadas pela presença de um certo
ordenamento em sua estrutura [1]. As informações obtidas pela espectroscopia
Raman são essenciais para o entendimento das características eletrônicas e
estruturais dos materiais derivados de carbono. Os resultados por difratometria
corroboram com os da caracterização por espectroscopia Raman, demonstrado na
Figura 2,
observa-se que os espectros estruturais dos materiais esfoliados demonstram um
alto grau de desordem/defeitos na estrutura com a presença das bandas D, 2D e
D+G. E mostra também que os materiais apresentam multicamadas de carbono. Os
resultados por microscopia eletrônica de varredura foram possíveis observar uma
diferença entre as granulometria e morfologia das nanopartículas dos
nanomateriais que foram esfoliados entre os diferentes ácidos.
Difratometria de raios X
Espectros Raman dos materiais esfoliados
Conclusões
Os resultados das caracterizações físico-químicas demonstram de maneira geral, que
nas condições aplicadas de pré-tratamento e potencial, a esfoliação usando ácido
nítrico como eletrólito aparenta ser mais característico do processo de formação
do óxido de grafeno comparado com ácido sulfúrico e ácido clorídrico.
Agradecimentos
Eliseu Santana Junior agradece o apoio do CNPq pela bolsa de IC que foi concedida.
Recursos da Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação (PRPPG) da UNILA, do CNPq -
405065/2021-3 e da Fundação Araucária Nº PBA2022011000128.
Referências
1. YU, TIFFANY MAK. Esfoliação eletroquímica do grafite de pilhas usadas para obtenção de óxido de grafeno (2022) Dissertação (Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade ) - Universidade Federal da Integração Latino-Americana , 2022.
2. DANIELA C. MARCANO, DMITRY V. KOSYNKIN, JACOB M. BERLIN, ALEXANDER SINITSKII, ZHENGZONG SUN, ALEXANDER SLESAREV, LAWRENCE B. ALEMANY, WEI LU, AND JAMES M. TOUR; ACS Nano. Improved Synthesis of Graphene Oxide, vol.4 p. 4, 8, 4806-4814, 2010.
