Síntese e análise estrutural de criogéis e xerogéis obtidos por redução hidrotérmica de nanofibras de celulose e óxido de grafeno

Abstract

RESUMO: Os aerogéis são materiais tridimensionais altamente porosos e ultraleves, com um grande potencial de aplicação em diversas áreas. Para obter aerogéis altamente porosos e com estruturas estáveis, é necessário um processo de síntese cuidadosamente elaborado. Esses materiais oferecem flexibilidade na manipulação de suas propriedades, permitindo a incorporação de agentes modificadores de acordo com as necessidades específicas. Neste estudo, foi realizada a síntese de aerogéis por meio da metodologia de redução hidrotérmica utilizando óxido de grafeno (OG) e nanofibras de celulose (NFC) extraídas do mesocarpo do coco verde. Além disso, duas técnicas de secagem foram empregadas: liofilização e evaporação em estufa. Também foram avaliados diversos parâmetros que podem interferir nas propriedades do nanomaterial, como a dosagem do agente redutor ácido ascórbico (AA), a razão de massa entre o OG e NFC, a influência do pH, temperatura, etapas e tempo de redução hidrotérmica, verificando que esses parâmetros têm um impacto significativo no desenvolvimento dos nanomateriais. Os resultados indicaram que a técnica de secagem por liofilização proporcionou a obtenção de nanomateriais denominados de criogéis de óxido de grafeno sinteizados com nanofibras de celulose (COG-NFC) altamente porosos, com estrutura estável e maleáveis, enquanto o processo de evaporação em estufa resultou em xerogéis de óxido de grafeno sintetizados com nanofibras de celulose (XOG-NFC) porosos, pórem com alta rigidez. As caracterizações estruturais demonstraram o bom desenvolvimento dos precursores e características promissoras nos nanomateriais sintetizados. Com sua maleabilidade, porosidade e condutividade, esses nanomateriais apresentam um alto potencial em diversas aplicações, como o desenvolvimento de sensores de pressão, blindagem eletromagnética, entre outros campos de pesquisa e desenvolvimento

ABSTRACT: Aerogels are highly porous and ultralight three-dimensional materials with great potential for various applications. To obtain highly porous and structurally stable aerogels, a carefully designed synthesis process is required. These materials offer flexibility in manipulating their properties, allowing the incorporation of modifying agents according to specific needs. In this study, aerogels were synthesized using the hydrothermal reduction method, with graphene oxide (GO) and nanocellulose fibers (NFC) extracted from the mesocarp of green coconuts. Additionally, two drying techniques were employed: lyophilization and oven evaporation. Several parameters that can interfere with the nanomaterial properties were also evaluated, such as the dosage of the reducing agent ascorbic acid (AA), the mass ratio between GO and NFC, the influence of pH, temperature, hydrothermal reduction steps, and time, verifying that these parameters have a significant impact on the development of the nanomaterials. The results indicated that the lyophilization drying technique provided the synthesis of highly porous and structurally stable nanomaterials, denominated as graphene oxide cryogels synthesized with nanocellulose fibers (COG-NFC), which are highly porous, stable, and flexible. On the other hand, the oven evaporation process resulted in graphene oxide xerogels synthesized with nanocellulose fibers (XOG-NFC), which are porous but with high rigidity. The structural characterizations demonstrated the successful development of the precursors and promising features in the synthesized nanomaterials. With their flexibility, porosity, and conductivity, these nanomaterials have high potential in various applications, such as the development of pressure sensors, electromagnetic shielding, among other research and development fields