Towards sustainable obtention of carbon quantum dots: life cycle analysis and synthesis

Abstract

Este estudo apresenta uma Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) para medir o impacto ambiental da síntese de Pontos Quânticos de Carbono (CQDs). Através de tendências em parâmetros em escala laboratorial, foram selecionados métodos de síntese comuns com base em 70 estudos. Foram analisados três cenários envolvendo diferentes fontes de carbono. A avaliação centrou-se nas emissões imediatas e nos efeitos consequentes da produção de nanopartículas, com uma unidade funcional baseada na massa dos CQDs. Os dados para a avaliação foram derivados de tendências de síntese em escala laboratorial, abrangendo matérias-primas, eletricidade e subprodutos, usando Ecoinvent® 3.7. Para a síntese do CQD, foram utilizadas fontes de resíduos orgânicos como Casca de Banana (BP), Casca de Laranja (OP) e Casca de Pinhão (PS). Um reator de micro-ondas foi empregado para produzir CQDs em temperaturas e tempos variados. A caracterização envolveu espectroscopia UV-Vis e de fluorescência, cálculo de energia bandgap, espectroscopia FTIR para grupos funcionais de superfície e análise XRD para cristalografia. Este estudo apoia o papel dos CQDs em tecnologias sustentáveis, avalia metodologias de síntese e adere aos princípios de síntese verde, contribuindo com conhecimentos essenciais para a sua integração em aplicações sustentáveis.

Abstract: This study presents a Life Cycle Assessment (LCA) to evaluate the environmental impact of Carbon Quantum Dots (CQDs) synthesis. Through trends in laboratory-scale parameters, standard synthesis methods were selected based on 70 studies. Three scenarios involving different carbon sources were analyzed. The assessment focused on nanoparticle production's immediate emissions and consequential effects, with a functional unit based on CQD weight. Data for the evaluation were derived from laboratory-scale synthesis tendencies, encompassing raw materials, electricity, and subproducts. The foreground system was modeled using Ecoinvent® 3.7 data. For CQD synthesis, organic waste sources like Banana Peel (BP), Orange Peel (OP), and Pinion Shell (PS) were utilized. A microwave reactor was employed to produce CQDs at varying temperatures and times. Characterization involved UV-Vis and fluorescence spectroscopy, bandgap energy calculation, FTIR spectroscopy for surface functional groups, and XRD analysis for crystallography. This study supports CQDs' role in sustainable technologies, evaluates synthesis methodologies, and adheres to green synthesis principles, contributing essential insights for their integration into sustainable applications.