dc.contributor.author | Teodoro, Kelcilene Bruna Ricardo | |
dc.date.accessioned | 2019-08-12T19:38:37Z | |
dc.date.available | 2019-08-12T19:38:37Z | |
dc.date.issued | 2019-03-28 | |
dc.identifier.citation | TEODORO, Kelcilene Bruna Ricardo. Ternary nanocomposites based on cellulose nanocrystals, conductive materials and electrospun fibers applied in sensors for detection of heavy metals in water. 2019. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11715. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11715 | |
dc.description.abstract | The monitoring of water resources destined for consumption is a subject of outmost importance for population and ecosystems life quality maintenance. The degradation of these resources with heavy metals, usually associated with the improper disposal of industrial wastes, is a current issue in Brazil and in the world. The use of strategies arising from nanoscience and nanotechnology can help the development of sensor devices able to provide a rapid and reliable diagnosis of water quality. In this sense, the present thesis reports the development of nanostructured chemical sensors with nanocomposites composed of polyamide 6 (PA6) electrospun fibers, cellulose nanocrystals (CNC) and conductive materials, such as silver nanoparticles (AgNP) and reduced graphene oxide (rGO). The studies revealed the possibility to use CNC as green reagent in the stabilization, reduction and dispersion of conductive species. In this way, CNC were added to AgNP and rGO syntheses, and the resulting hybrid materials were characterized in terms of morphology through scanning and transmission electron microscopy (SEM, FEG-SEM and TEM), and chemical composition using techniques as UV-Vis absorption spectroscopy and FTIR, X-ray diffraction and thermogravimetric analysis (TG). The hybrid materials CNC/AgNP and CNC/rGO were, subsequently, combined with PA6 electrospun fibers. The different possible strategies for combination of these materials were evaluated and the resultant nanocomposites were characterized in terms of morphology by SEM and FEG-SEM, composition by spectroscopy FTIR, interaction between components by differential scanning calorimetry (DSC) and ability of charge transfer by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV). These nanocomposites were applied in the fabrication of sensing platforms which, making use of electrical and electrochemical techniques, enabled the detection of heavy metal ions even under low concentrations. The sensing platforms resultant from distinct combinations of CNC, AGNP and PA6 were arranged to compose an impedimetric electronic tongue. Capacitance data were statistically interpreted using multivariate data analysis, whereby it was possible to classify solution containing lead(II), cadmium(II), copper(II), nickel(II) and pure water. The same sensing array enabled distinguishing pure water and lead solutions under concentrations as low as 10 nmol. L-1. The sensor platform based on CNC, rGO and PA6 was applied to the electrochemical detection of Hg(II). With the use of differential pulse voltammetry (DPV), it was possible to detect mercury (II) in the range of 2.5-200 μM. The developed sensor was stable, selective and showed limit of detection of 0.52 μM. | eng |
dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | por |
dc.language.iso | eng | eng |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights.uri | Acesso aberto | por |
dc.subject | Nanocristais de celulose | por |
dc.subject | Sensores químicos | por |
dc.subject | Nanopartículas de prata | por |
dc.subject | Grafeno | por |
dc.subject | Eletrofiação | por |
dc.subject | Língua eletrônica | por |
dc.subject | Cellulose nanocrystals | eng |
dc.subject | Chemical sensor | eng |
dc.subject | Silver nanoparticles | eng |
dc.subject | Graphene | eng |
dc.subject | Electrospinning | eng |
dc.subject | Electronic tongue | eng |
dc.title | Ternary nanocomposites based on cellulose nanocrystals, conductive materials and electrospun fibers applied in sensors for detection of heavy metals in water | eng |
dc.title.alternative | Nanocompósitos ternários baseados em nanocristais de celulose, materiais condutores e fibras eletrofiadas aplicados em sensores para detecção de metais pesados em água | por |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Corrêa, Daniel Souza | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0461451015026948 | por |
dc.description.resumo | O monitoramento de recursos hídricos destinados para fins de
consumo é de grande importância para manutenção da qualidade de vida da
população e dos ecossistemas. A contaminação destes recursos com metais
pesados, geralmente relacionada com o descarte impróprio de resíduos
industriais, é um problema recorrente no Brasil e no mundo. O emprego de
estratégias advindas da nanociência e nanotecnologia podem auxiliar no
desenvolvimento de dispositivos sensores capazes de fornecer um rápido e
confiável diagnóstico da qualidade de água. Neste sentido, a presente tese relata
o desenvolvimento de sensores químicos nanoestruturados com nanocompósitos
ternários constituídos de fibras eletrofiadas de poliamida 6 (PA6), nanocristais
de celulose (CNC) e materiais condutores, como nanopartículas de prata (AgNP)
e óxido de grafeno reduzido (rGO). Os estudos revelaram a possibilidade de
utilizar os CNC como reagente verde na estabilização, redução e dispersão das
espécies condutoras. Sendo assim, os CNC foram adicionados às sínteses de
AgNP e rGO, e os híbridos resultantes foram caracterizados quanto à morfologia
utilizando técnicas de microscopia eletrônica MEV, MEV-FEG e MET, e
composição química utilizando técnicas como espectroscopia de absorção UVVis
e FTIR, difração de raios-X (DRX), e análise termogravimétrica (TG).
Posteriormente, os materiais híbridos de CNC/AgNP e CNC/rGO foram
combinados às fibras eletrofiadas de PA6. As diferentes estratégias para
combinação destes materiais foram avaliadas e os nanocompósitos resultantes
caracterizados quanto à morfologia por microscopias eletrônicas de varredura e
de transmissão (MEV, MEV-FEG e TEM), composição por espectroscopia
FTIR, interação entre os componentes por calorimetria exploratória diferencial
(DSC) e habilidade de transferência de carga por espectroscopia de impedância
eletroquímica (EIS) e voltametria cíclica (CV). Estes nanocompósitos foram
aplicados na fabricação de plataformas sensoras, as quais, fazendo uso das
técnicas elétricas e eletroquímicas, foram capazes de detectar metais pesados em
baixas concentrações. As plataformas sensoras resultantes das distintas
combinações de CNC, AgNP e PA6 foram arranjadas compondo uma língua
eletrônica impedimétrica. Os dados de capacitância foram tratados fazendo uso
de análise estatística multivariada, por meio da qual verificou-se a eficiente
classificação de soluções contendo água contaminada por chumbo(II),
cádmio(II), cobre(II) e níquel(II) e água pura. O mesmo arranjo sensorial
possibilitou distinguir água pura de soluções contendo chumbo em
concentrações tão baixas quanto 10 nmol. L-1. A plataforma sensora constituída
de CNC, rGO e PA6 foi aplicada na detecção eletroquímica de mercúrio.
Aplicando-se a técnica de voltametria de pulso diferencial (DPV) foi possível
detectar mercúrio (II) na faixa de 2,5–200 μM. O sensor desenvolvido mostrouse
estável, seletivo e com limite de detecção de 0.52 μM. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::POLIMEROS, APLICACOES | por |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | FAPESP: 2014/21184-5 | por |
dc.description.sponsorshipId | FAPESP: 2016/21899-0 | por |
dc.ufscar.embargo | Online | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/3203774759570089 | por |