Síntese de nanopartículas de Fe3O4, nanocompósitos de Fe3O4 com polímeros e materiais carbonáceos

Abstract

Nanopartículas magnéticas de Fe3O4 foram sintetizadas através do método da precipitação a partir de uma solução aquosa de sulfato ferroso, sob ultrassom. Um planejamento fatorial 23 em duplicata foi desenvolvido para determinar as melhores condições de síntese e obter o menor tamanho de cristalito. As condições selecionadas foram: freqüência do ultrassom de 593 kHz durante 40 min em 1,0 mol L-1 de hidróxido de sódio. Foi obtido tamanho médio do cristalito da ordem de 25 nm. A fase cristalina obtida foi identificada por difratometria de raios-X (DRX) como sendo a magnetita. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrou partículas polidispersas com dimensões em torno de 57 nm, enquanto a microscopia eletrônica de transmissão (MET) revelou um diâmetro médio das partículas em torno de 29 nm, na mesma ordem de grandeza do tamanho de cristalito determinado com a equação de Scherrer. Estas nanopartículas magnéticas foram utilizadas para a obtenção de nanocompósitos com polianilina (PAni). O material foi preparado sob exposição à luz ultravioleta (UV) ou sob aquecimento, a partir de dispersões das nanopartículas em solução ácida de anilina. Ao contrário de outras rotas sintéticas reportadas na literatura, esta nova rota não faz uso de um agente oxidante adicional. Análises de DRX mostraram o surgimento de uma segunda fase cristalina em todos os compósitos de PAni-Fe3O4, a qual foi indexada como goetita. Além disso, o tamanho de cristalito diminui quase 50% em função do aumento do tempo de síntese. Esta diminuição de tamanho sugere que as nanopartículas são consumidas durante a síntese. A análise termogravimétrica mostrou que a quantidade de polianilina aumenta com o aumento do tempo de síntese. A condutividade elétrica dos nanocompósitos foi de cerca de 10-5 S cm-1, aproximadamente uma ordem de grandeza mais alta que para a magnetita pura. A condutividade variou com a quantidade de PAni presente no sistema, sugerindo que as propriedades elétricas dos nanocompósitos podem ser ajustadas de acordo com a sua composição. Sob a aplicação de um campo magnético externo os nanocompósitos apresentam histerese a temperatura ambiente, característica de materiais ferromagnéticos. A magnetização de saturação (MS) observada para a magnetita pura foi cerca de 74 emu/g. Para os nanocompósitos PAni-Fe3O4, MS variou de aproximadamente 2,0 a 70 emu/g de acordo com as condições de síntese. Isto sugere que a composição do material também pode ser usada para controlar suas propriedades magnéticas. Um nanocompósito de PAni-Fe3O4-Quitosana foi obtido a partir de uma mistura das nanopartículas de Fe3O4 com uma solução de anilina e uma solução ácida de quitosana exposta à UV. O uso da quitosana permitiu a obtenção de filmes contendo PAni e nanopartículas de Fe3O4, as quais apresentaram diâmetro médio da ordem de 5 nm. A ausência de histerese nas medidas de magnetização indicou que o material possui características superparamagnéticas. A pirólise de misturas de PAni sintetizada quimicamente e nanopartículas de Fe3O4 foi utilizada para produzir materiais carbonáceos porosos. Morfologias fibrilares foram observadas por MEV e MET. Resultados mostraram que o material é mesoporoso (diâmetro de poro de 2 a 50 nm), com áreas superficiais de BET entre 200 e 400 m2/g