Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Inorgânica
TÍTULO: Síntese de nanotubos de titanatos de sódio a partir de nanopartículas de óxido de titânio.
AUTORES: Goncalves, A.M. (IFG - CAMPUS URUAÇU) ; Nunes, L.M. (UFG)
RESUMO: Óxidos de titânio e seus derivados tem sido estudados como catalisadores e/ou suporte catalítico. As estruturas nanoparticuladas apresentam tendência a alta área superficial, tornando estas estruturas atrativas para serem aplicadas a catalise. As nanopartículas de oxido de titânio foram obtidas pelo método sol-gel, no qual apresentou uma área superficial especifica (BET) de 258 m2g-1 e um diâmetro médio de cristalitos de 7 -10 nm. Utilizando estas nanoparticulas de oxido de titânio sintetizadas, obteve-se nanotubos de titanatos de sódio via reação hidrotermal. Os quais por imagem de MET pode-se observar que apresentam estruturas tubulares com extremidades abertas e uma área superficial de 30 m2g-1 e com diâmetros externos variando entre 10 e 30nm.
PALAVRAS CHAVES: Titanatos; nanotubos; nanoparticulas
INTRODUÇÃO: Após descoberta dos fulerenos (C60) e dos nanotubos de carbono uma nova visão em relação ao tamanho e forma das partículas ganhou mais relevância. Observou-se que os sólidos em escala nanométrica apresentam propriedades químicas, físicas, eletrônicas e ópticas diferentes se comparado com seus respectivos sólidos estendidos. Óxidos de titânio e seus derivados, como os titanatos lamelares tem sido estudados como catalisadores e/ou suporte catalítico (BRASIL, 2008). As propriedades catalíticas podem ser dependentes da morfologia, do tamanho da partícula, área superficial e porosidade, e dentro desta perspectiva a obtenção de nanotubos de titânio poderá alterar essas propriedades catalíticas comparadas aos seus equivalentes sólidos estendidos. A obtenção dos nanotubos de titanatos de sódio é através de tratamento hidrotérmico, que foi introduzida por KASUGA et al., (1998; 1999) no qual o óxido de titânio é adicionado em solução aquosa de alta concentração de hidróxido de sódio (NaOH), seguido de lavagem com água e com ácido diluído. Nakahira et al. (2010) sugeriram um mecanismo para a formação dos nanotubos de titanatos de sódio que se baseia na formação de um titanato de sódio lamelar e posteriormente ocorre uma esfoliação nestas lamelas formando nanofolhas, que tende a curvar e enrolar, formando então os nanotubos. As possibilidades de aplicações dos nanotubos de titânio são diversas, as que mais se destacam são relativas à fotocatálise, mas há estudos referentes à utilização como adsorventes, trocadores iônicos, eletrocatálise e como suportes catalíticos.
Este trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar nanoparticulas de óxido de titânio, e posteriormente sintetizar nanotubos de titanatos de sódio a partir dessas nanoparticulas de óxido de titânio.
MATERIAL E MÉTODOS: Os reagentes utilizados nas sínteses foram: hidróxido de sódio (Vetec, 98%), isopropóxido de titânio IV (Sigma-Aldrich, 97%), álcool isopropílico (Impex, 99,5%) e ácido nítrico (Synth, 65%).
a)Síntese de nanopartículas de óxido titânio.
As nanopartículas de óxido de titânio foram sintetizadas pelo método sol-gel (XU e ANDERSON, 1991). O método consiste na adição gota a gota da solução de isopropóxido de titânio IV com álcool isopropílico na proporção em volume de 1:1 sobre uma solução aquosa de HNO3 com valor de pH ~ 3 sob agitação magnética. A mistura ficou sob agitação e refluxo, em temperatura de 60°C por um período de 5 horas. O sólido obtido foi separado por centrifugação, lavado algumas vezes e seco a 100°C por 20h.
b) Síntese de nanotubos de titanatos de sódio a partir de nanopartículas de óxido de titânio
Os nanotubos de titanatos de sódio foram obtidos via reação hidrotermal descrito por Kasuga et al.,1998, no qual consiste numa suspensão de 3,0 g de TiO2 anatásio em 50mL de uma solução aquosa de NaOH 10,0 molL-1. O recipiente com a suspensão foi colocado em autoclave de aço inox, fechado e aquecido a 150 °C por 60 horas. O sólido obtido foi separado por centrifugação e lavado com água destilada, até o pH do sobrenadante ficar entre 7 e 8. Os materiais lavados foram secos a 100 °C.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: No difratograma (DRX) do óxido sintetizado obteve-se um pico em 2θ = 30,8° que corresponde a fase brookita, porém a fase predominante é o anatásio, resultados semelhantes foram obtidos por WANG e YING (1999).
As nanopartículas de óxido de titânio sintetizado foram identificadas através de imagem de microscopia eletrônica de transmissão (MET) apresentada na Figura 1 na qual demonstram que as nanopartículas possuem formato esférico, com tamanho de cristalito na ordem 5 - 7 nm. Apresentando uma área especifica BET de 258 m2/g. A imagem de microscopia eletrônica de transmissão (MET) apresentado na Figura 2 identificam as nanoestruturas tubulares, indicando que os nanotubos possuem pontas abertas e estão reunidas em grandes aglomerados e existem espaços vazios entre estes nanotubos, tornando estes aglomerados porosos. Possuem diâmetro externo variando de 10 e 30 nm, porém há alteração dos diâmetros ao longo dos nanotubos, e seu comprimento está na faixa de 45 a 110 nm. É observado para o nanotubo obtido a partir do óxido sintetizado a redução drástica na área superficial quando comparado ao óxido de partida, passando de 258 para 30 m2g-1. O mesmo ocorre para o volume de poros, indicando que praticamente não há porosidade nos nanotubos a partir do óxido sintetizado. Um fator que pode estar associado a essa diminuição de porosidade pode ser a mudança na densidade esqueletal (das paredes dos nanotubos). A densidade é dependente da composição do titanato. Outro fator que poderia alterar a área é o diâmetro externo dos nanotubos, isto é, quanto maior o diâmetro menor o volume de poros.
Figura 1
Imagem de microscopia eletrônica de transmissão (MET) de nanopartículas de óxido de titânio.
Figura 2
Imagem MET dos Nanotubos de titanatos a partir de nanoparticulas de óxido de titânio.
CONCLUSÕES: A partir dos resultados de DRX e MET e BET pode-se concluir que o método sol-gel é eficiente na obtenção de nanopartículas TiO2- anatásio com alta área superficial específica.
Os nanotubos de titanatos de sódio obtidos a partir de nanoparticulas de óxido de titânio apresentam nanoestruturas tubulares, com pontas abertas nas extremidades, com diâmetro externo entre 10 - 30nm. Pode-se observar que há uma redução drástica da área superficial especifica das nanoparticulas do óxido para a obtenção dos nanotubos.
AGRADECIMENTOS: IFG - Campus Uruaçu; UFG e Capes
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BRASIL, V. B.; Síntese e Caracterização de Catalisadores de Óxido de Ferro Suportado em Titanatos Lamelares 2008, 56 f. Dissertação de mestrado – Instituto de Química, Universidade de Federal de Goiás, GO.
KASUGA, T.; HIRAMATSU, M.; HOSON, A.; SEKINO, T.; NIIHARA, K.; Formation of titanium oxide nanotube. Langmuir, v. 14, p. 3160-3163, 1998.
KASUGA, T.; HIRAMATSU, M.; HOSON, A.; SEKINO, T.; NIIHARA, K.; Titania nanotubes prepared by chemical processing. Advanced Materials, v. 11, p. 1307-1311, 1999.
NAKAHIRA, A.; KUBO, T.; NUMAKO, C.; Formation mechanism of TiO2 derived titanate nanotubes prepared by the hydrothermal process. Inorganic Chemistry, v.49, p. 5845-5852, 2010.
WANG, C-C.; YING, J.Y.; Sol-gel synthesis and hydrothermal processing of anatase and rutile titania nanocrystals. Chemistry of Materials, v. 11, p. 3113-3120, 1999.
XU, Q.Y.; ANDERSON, M.A.; Synthesis of porosity controlled ceramic membranes. Journal of Materials Research, v.6, p.1073-1081, 1991.