Síntese e aplicação de grafeno a partir de carvão mineral

Abstract

O carvão é um material com uma estrutura formada por redes tridimensionais de carbono com ligações alifáticas e éter. Ele é abundante na natureza e uma fonte de carbono de baixo custo. Devido a isso, é um dos materiais mais utilizados para a produção de energia. Porém, a queima desse combustível fóssil vem gerando cada vez mais problemas ambientais por conta das emissões de CO2 produzidas durante esse processo. Assim, o uso do carvão mineral para a síntese de nanomateriais de carbono como óxido de grafeno (GO) e grafeno vem se tornando uma opção ambientalmente favorável e economicamente viável. O óxido de grafeno é composto por camadas de grafeno com grupos oxigenados em suas extremidades. Dessa forma, foram utilizados dois métodos de síntese de óxido de grafeno a partir de carvão mineral e coque. O primeiro método foi realizado mediante um tratamento com ácido clorídrico (HCl), esfoliação química, oxidação com ácido e ozônio e ultrassom. Para o segundo método utilizou-se uma desmineralização do carvão e coque com ácido fluorídrico (HF), esfoliação térmica, oxidação química e com ozônio, e sonicação. Os materiais obtidos foram caracterizados por Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), Potencial Zeta (DTP), Distribuição de tamanho de partícula (DTP), Espectroscopia Raman, Análise imediata e Pistola de emissão de campo - Microscópio eletrônico de varredura (FEG-SEM). O DRX mostrou uma diminuição no pico grafítico em 26°, indicando uma esfoliação do material. Os espectros de FTIR demonstraram a inclusão de grupos funcionais oxigenados nas camadas do GO. O potencial zeta apresentou melhora na estabilidade em soluções aquosas das amostras sintetizadas, sendo as desmineralizadas as de melhor estabilidade. A espectroscopia Raman demonstrou a formação de óxido de grafeno multicamadas. O FEG-SEM mostrou que foi possível mudar a composição estrutural do carvão e do coque para uma estrutura em camadas. Com o GO obtido pretende-se estudar os materiais obtidos na adsorção de compostos farmacêuticos em meio aquoso. Da mesma forma, deseja-se aplicar na formação de geopolímeros para a adsorção de CO2 e utilizá-lo em tintas de revestimento. Por fim, para trabalhos futuros recomenda-se uma grafitização do carbono, a fim de transformar a estrutura carbonácea em uma estrutura grafítica, o que pode facilitar muito o processo de esfoliação.