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A existência de metais emitidos pela radiação de microondas é controversa porque os metais entram em ignição facilmente.Mas o que é interessante é que os investigadores descobriram que o fenómeno da descarga de arco oferece uma rota promissora para a síntese de nanomateriais através da divisão de moléculas.Este estudo está desenvolvendo um método sintético de uma etapa, porém acessível, que combina aquecimento por micro-ondas e um arco elétrico para converter óleo de palma bruto em nanocarbono magnético (MNC), que pode ser considerado como uma nova alternativa para a produção de óleo de palma.Envolve a síntese de um meio com fio de aço inoxidável enrolado permanentemente (meio dielétrico) e ferroceno (catalisador) sob condições parcialmente inertes.Este método foi demonstrado com sucesso para aquecimento na faixa de temperatura de 190,9 a 472,0°C com vários tempos de síntese (10-20 min).EMNs recém-preparadas apresentaram esferas com tamanho médio de 20,38–31,04 nm, estrutura mesoporosa (SBET: 14,83–151,95 m2/g) e alto teor de carbono fixo (52,79–71,24% em peso), bem como D e G bandas (ID/g) 0,98–0,99.A formação de novos picos no espectro FTIR (522,29–588,48 cm–1) atesta a favor da presença de compostos de FeO no ferroceno.Os magnetômetros mostram alta saturação de magnetização (22,32–26,84 emu/g) em materiais ferromagnéticos.O uso de multinacionais no tratamento de águas residuais foi demonstrado avaliando sua capacidade de adsorção usando um teste de adsorção de azul de metileno (MB) em várias concentrações de 5 a 20 ppm.As MNCs obtidas no tempo de síntese (20 min) apresentaram a maior eficiência de adsorção (10,36 mg/g) em comparação às demais, e a taxa de remoção do corante MB foi de 87,79%.Portanto, os valores de Langmuir não são otimistas em comparação com os valores de Freundlich, com R2 sendo cerca de 0,80, 0,98 e 0,99 para MNCs sintetizadas aos 10 min (MNC10), 15 min (MNC15) e 20 min (MNC20) respectivamente.Consequentemente, o sistema de adsorção está em um estado heterogêneo.Portanto, o arco voltaico por microondas oferece um método promissor para converter CPO em MNC, que pode remover corantes prejudiciais.
A radiação de microondas pode aquecer as partes mais internas dos materiais através da interação molecular de campos eletromagnéticos.Esta resposta de microondas é única porque promove uma resposta térmica rápida e uniforme.Assim, é possível acelerar o processo de aquecimento e potencializar as reações químicas2.Ao mesmo tempo, devido ao menor tempo de reação, a reação de micro-ondas pode, em última instância, produzir produtos de alta pureza e alto rendimento3,4.Devido às suas propriedades surpreendentes, a radiação de micro-ondas facilita sínteses de micro-ondas interessantes que são utilizadas em muitos estudos, incluindo reações químicas e a síntese de nanomateriais5,6.Durante o processo de aquecimento, as propriedades dielétricas do aceitador no interior do meio desempenham um papel decisivo, pois cria um ponto quente no meio, o que leva à formação de nanocarbonos com diferentes morfologias e propriedades.Um estudo de Omoriyekomwan et al.Produção de nanofibras ocas de carbono a partir de caroço de palma utilizando carvão ativado e nitrogênio8.Além disso, Fu e Hamid determinaram o uso de um catalisador para a produção de carvão ativado com fibra de dendê em forno de micro-ondas 350 W9.Portanto, uma abordagem semelhante pode ser usada para converter óleo de palma bruto em multinacionais, através da introdução de catadores adequados.
Um fenômeno interessante foi observado entre a radiação de microondas e metais com arestas vivas, pontos ou irregularidades submicroscópicas10.A presença destes dois objetos será afetada por um arco elétrico ou faísca (comumente referido como descarga de arco)11,12.O arco promoverá a formação de pontos quentes mais localizados e influenciará a reação, melhorando assim a composição química do ambiente13.Este fenômeno particular e interessante tem atraído vários estudos, como remoção de contaminantes14,15, craqueamento de alcatrão de biomassa16, pirólise assistida por micro-ondas17,18 e síntese de materiais19,20,21.
Recentemente, nanocarbonos como nanotubos de carbono, nanoesferas de carbono e óxido de grafeno reduzido modificado têm atraído a atenção devido às suas propriedades.Estes nanocarbonos apresentam um grande potencial para aplicações que vão desde a geração de energia até à purificação ou descontaminação de água23.Além disso, são necessárias excelentes propriedades de carbono, mas, ao mesmo tempo, são necessárias boas propriedades magnéticas.Isto é muito útil para aplicações multifuncionais, incluindo alta adsorção de íons metálicos e corantes no tratamento de águas residuais, modificadores magnéticos em biocombustíveis e até mesmo absorvedores de microondas de alta eficiência24,25,26,27,28.Ao mesmo tempo, esses carbonos apresentam outra vantagem, incluindo um aumento na área superficial do sítio ativo da amostra.
Nos últimos anos, a pesquisa em materiais magnéticos de nanocarbono tem aumentado.Normalmente, esses nanocarbonos magnéticos são materiais multifuncionais contendo materiais magnéticos nanométricos que podem causar reação de catalisadores externos, como campos magnéticos eletrostáticos externos ou alternados .Devido às suas propriedades magnéticas, os nanocarbonos magnéticos podem ser combinados com uma ampla gama de ingredientes ativos e estruturas complexas para imobilização30.Enquanto isso, os nanocarbonos magnéticos (MNCs) apresentam excelente eficiência na adsorção de poluentes de soluções aquosas.Além disso, a alta área superficial específica e os poros formados nas multinacionais podem aumentar a capacidade de adsorção .Separadores magnéticos podem separar MNCs de soluções altamente reativas, transformando-as em um sorvente viável e gerenciável32.
Vários investigadores demonstraram que nanocarbonos de alta qualidade podem ser produzidos utilizando óleo de palma bruto33,34.O óleo de palma, cientificamente conhecido como Elais Guneensis, é considerado um dos óleos comestíveis importantes, com uma produção de cerca de 76,55 milhões de toneladas em 202135. O óleo de palma bruto ou CPO contém uma proporção equilibrada de ácidos graxos insaturados (EFAs) e ácidos graxos saturados. (Autoridade Monetária de Singapura).A maioria dos hidrocarbonetos do CPO são triglicerídeos, um glicerídeo composto por três componentes de acetato de triglicerídeo e um componente de glicerol36.Estes hidrocarbonetos podem ser generalizados devido ao seu enorme teor de carbono, tornando-os potenciais precursores verdes para a produção de nanocarbonos37.Segundo a literatura, CNT37,38,39,40, nanoesferas de carbono33,41 e grafeno34,42,43 são geralmente sintetizados utilizando óleo de palma bruto ou óleo comestível.Esses nanocarbonos têm grande potencial em aplicações que vão desde a geração de energia até a purificação ou descontaminação de água.
A síntese térmica como CVD38 ou pirólise33 tornou-se um método favorável para a decomposição do óleo de palma.Infelizmente, as altas temperaturas no processo aumentam o custo de produção.A produção do material preferido 44 requer procedimentos e métodos de limpeza demorados e tediosos.No entanto, a necessidade de separação física e craqueamento é inegável devido à boa estabilidade do óleo de palma bruto a altas temperaturas45.Portanto, ainda são necessárias temperaturas mais altas para converter o óleo de palma bruto em materiais carbonáceos.O arco líquido pode ser considerado como o melhor potencial e novo método para a síntese de nanocarbono magnético 46 .Esta abordagem fornece energia direta para precursores e soluções em estados altamente excitados.Uma descarga de arco pode quebrar as ligações de carbono no óleo de palma bruto.No entanto, o espaçamento entre eletrodos utilizado pode precisar atender a requisitos rigorosos, o que limitará a escala industrial, portanto, um método eficiente ainda precisa ser desenvolvido.
Até onde sabemos, a pesquisa sobre descarga de arco usando microondas como método para sintetizar nanocarbonos é limitada.Ao mesmo tempo, a utilização de óleo de palma bruto como precursor não foi totalmente explorada.Portanto, este estudo tem como objetivo explorar a possibilidade de produção de nanocarbonos magnéticos a partir de precursores de óleo de palma bruto utilizando um arco elétrico utilizando um forno de micro-ondas.A abundância de óleo de palma deverá reflectir-se em novos produtos e aplicações.Esta nova abordagem à refinação do óleo de palma poderia ajudar a impulsionar o sector económico e ser outra fonte de rendimento para os produtores de óleo de palma, especialmente afectados pelas plantações de óleo de palma dos pequenos agricultores.De acordo com um estudo realizado por Ayompe et al. sobre pequenos agricultores africanos, os pequenos agricultores só ganham mais dinheiro se processarem eles próprios cachos de fruta fresca e venderem óleo de palma cru, em vez de o venderem a intermediários, o que é um trabalho dispendioso e tedioso47.Ao mesmo tempo, um aumento no encerramento de fábricas devido à COVID-19 afetou os produtos de aplicação à base de óleo de palma.Curiosamente, uma vez que a maioria das famílias tem acesso a fornos microondas e o método proposto neste estudo pode ser considerado viável e acessível, a produção de multinacionais pode ser considerada uma alternativa às plantações de óleo de palma em pequena escala.Entretanto, numa escala maior, as empresas podem investir em grandes reactores para produzir grandes transnacionais.
Este estudo cobre principalmente o processo de síntese utilizando aço inoxidável como meio dielétrico por vários períodos.A maioria dos estudos gerais utilizando microondas e nanocarbonos sugerem um tempo de síntese aceitável de 30 minutos ou mais33,34.Para apoiar uma ideia prática acessível e viável, este estudo teve como objetivo obter MNCs com tempos de síntese abaixo da média.Ao mesmo tempo, o estudo traça um quadro do nível 3 de prontidão tecnológica, à medida que a teoria é comprovada e implementada em escala laboratorial.Mais tarde, as multinacionais resultantes foram caracterizadas por suas propriedades físicas, químicas e magnéticas.O azul de metileno foi então utilizado para demonstrar a capacidade de adsorção das multinacionais resultantes.
O óleo de palma bruto foi obtido da Apas Balung Mill, Sawit Kinabalu Sdn.Bhd., Tawau, e é usado como precursor de carbono para síntese.Neste caso, foi utilizado um fio de aço inoxidável com diâmetro de 0,90 mm como meio dielétrico.O ferroceno (pureza 99%), obtido da Sigma-Aldrich, EUA, foi escolhido como catalisador neste trabalho.O azul de metileno (Bendosen, 100 g) foi ainda utilizado para experiências de adsorção.
Neste estudo, um forno micro-ondas doméstico (Panasonic: SAM-MG23K3513GK) foi convertido em um reator de micro-ondas.Foram feitos três furos na parte superior do forno micro-ondas para entrada e saída de gás e termopar.As sondas do termopar foram isoladas com tubos cerâmicos e colocadas nas mesmas condições em cada experimento para evitar acidentes.Enquanto isso, um reator de vidro borossilicato com tampa de três furos foi utilizado para acomodar as amostras e a traqueia.Um diagrama esquemático de um reator de micro-ondas pode ser referido na Figura Suplementar 1.
Usando óleo de palma bruto como precursor de carbono e ferroceno como catalisador, foram sintetizados nanocarbonos magnéticos.Cerca de 5% em peso do catalisador de ferroceno foi preparado pelo método de catalisador em pasta fluida.Ferroceno foi misturado com 20 ml de óleo de palma bruto a 60 rpm durante 30 minutos.A mistura foi então transferida para um cadinho de alumina, e um fio de aço inoxidável com 30 cm de comprimento foi enrolado e colocado verticalmente dentro do cadinho.Coloque o cadinho de alumina no reator de vidro e fixe-o firmemente dentro do forno de micro-ondas com uma tampa de vidro selada.O nitrogênio foi soprado na câmara 5 minutos antes do início da reação para remover o ar indesejado da câmara.A potência do micro-ondas foi aumentada para 800 W porque esta é a potência máxima do micro-ondas que pode manter um bom início do arco.Portanto, isto pode contribuir para a criação de condições favoráveis para reações sintéticas.Ao mesmo tempo, esta também é uma faixa de potência amplamente utilizada em watts para reações de fusão por microondas .A mistura foi aquecida durante 10, 15 ou 20 minutos durante a reação.Após a conclusão da reação, o reator e o micro-ondas foram resfriados naturalmente até a temperatura ambiente.O produto final no cadinho de alumina foi um precipitado preto com fios helicoidais.
O precipitado preto foi coletado e lavado diversas vezes alternadamente com etanol, isopropanol (70%) e água destilada.Após lavagem e limpeza, o produto é seco durante a noite a 80°C em forno convencional para evaporar impurezas indesejadas.O produto foi então coletado para caracterização.Amostras marcadas como MNC10, MNC15 e MNC20 foram usadas para sintetizar nanocarbonos magnéticos por 10 min, 15 min e 20 min.
Observe a morfologia MNC com um microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo ou FESEM (modelo Zeiss Auriga) com ampliação de 100 a 150 kX.Ao mesmo tempo, a composição elementar foi analisada por espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS).A análise EMF foi realizada a uma distância de trabalho de 2,8 mm e a uma tensão de aceleração de 1 kV.Os valores de área superficial específica e poros MNC foram medidos pelo método Brunauer-Emmett-Teller (BET), incluindo a isoterma de adsorção-dessorção de N2 a 77 K. A análise foi realizada usando um modelo de medidor de área superficial (MICROMERITIC ASAP 2020) .
A cristalinidade e a fase dos nanocarbonos magnéticos foram determinadas por difração de raios X em pó ou XRD (Burker D8 Advance) em λ = 0,154 nm.Os difratogramas foram registrados entre 2θ = 5 e 85° a uma taxa de varredura de 2° min-1.Além disso, a estrutura química das multinacionais foi investigada usando espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).A análise foi realizada utilizando um Perkin Elmer FTIR-Spectrum 400 com velocidades de varredura variando de 4.000 a 400 cm-1.No estudo das características estruturais dos nanocarbonos magnéticos, a espectroscopia Raman foi realizada utilizando um laser dopado com neodímio (532 nm) em espectroscopia U-RAMAN com objetiva de 100X.
Um magnetômetro vibratório ou VSM (série Lake Shore 7400) foi usado para medir a saturação magnética do óxido de ferro em multinacionais.Foi utilizado um campo magnético de cerca de 8 kOe e foram obtidos 200 pontos.
Ao estudar o potencial das EMNs como adsorventes em experimentos de adsorção, foi utilizado o corante catiônico azul de metileno (MB).As MNCs (20 mg) foram adicionadas a 20 ml de uma solução aquosa de azul de metileno com concentrações padrão na faixa de 5 a 20 mg/L50.O pH da solução foi ajustado para um pH neutro de 7 durante todo o estudo.A solução foi agitada mecanicamente a 150 rpm e 303,15 K em um agitador rotativo (Lab Companion: SI-300R).As multinacionais são então separadas por meio de um ímã.Use um espectrofotômetro UV-visível (espectrofotômetro Varian Cary 50 UV-Vis) para observar a concentração da solução MB antes e depois do experimento de adsorção e consulte a curva padrão do azul de metileno em um comprimento de onda máximo de 664 nm.O experimento foi repetido três vezes e o valor médio foi dado.A remoção de MG da solução foi calculada usando a equação geral para a quantidade de MC adsorvida no equilíbrio qe e a porcentagem de remoção%.
Experimentos sobre a isoterma de adsorção também foram realizados com agitação de várias concentrações (5–20 mg/l) de soluções de MG e 20 mg do adsorvente a uma temperatura constante de 293,15 K. mg para todas as multinacionais.
O ferro e o carbono magnético foram extensivamente estudados nas últimas décadas.Esses materiais magnéticos à base de carbono estão atraindo cada vez mais atenção devido às suas excelentes propriedades eletromagnéticas, levando a diversas aplicações tecnológicas potenciais, principalmente em aparelhos elétricos e tratamento de água.Neste estudo, nanocarbonos foram sintetizados pelo craqueamento de hidrocarbonetos em óleo de palma bruto usando descarga de micro-ondas.A síntese foi realizada em tempos diferentes, de 10 a 20 min, em proporção fixa (5:1) de precursor e catalisador, utilizando coletor de corrente metálico (SS torcido) e parcialmente inerte (ar indesejável purgado com nitrogênio no início do experimento).Os depósitos carbonáceos resultantes estão na forma de um pó preto sólido, como mostrado na Figura 2a Complementar.Os rendimentos de carbono precipitado foram de aproximadamente 5,57%, 8,21% e 11,67% em tempos de síntese de 10 minutos, 15 minutos e 20 minutos, respectivamente.Este cenário sugere que tempos de síntese mais longos contribuem para rendimentos mais elevados - rendimentos baixos, provavelmente devido a tempos de reação curtos e baixa atividade do catalisador.
Enquanto isso, um gráfico da temperatura de síntese versus tempo para os nanocarbonos obtidos pode ser referido na Figura Suplementar 2b.As maiores temperaturas obtidas para MNC10, MNC15 e MNC20 foram 190,9°C, 434,5°C e 472°C, respectivamente.Para cada curva, pode-se observar uma inclinação acentuada, indicando um aumento constante da temperatura dentro do reator devido ao calor gerado durante o arco metálico.Isso pode ser visto em 0–2 min, 0–5 min e 0–8 min para MNC10, MNC15 e MNC20, respectivamente.Depois de atingir um certo ponto, a inclinação continua a oscilar até a temperatura mais alta e a inclinação torna-se moderada.
A microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM) foi utilizada para observar a topografia da superfície das amostras MNC.Como mostrado na fig.1, os nanocarbonos magnéticos têm uma estrutura morfológica ligeiramente diferente em momentos diferentes de síntese.Imagens do FESEM MNC10 na fig.1a,b mostram que a formação de esferas de carbono consiste em micro e nanoesferas emaranhadas e aderidas devido à alta tensão superficial.Ao mesmo tempo, a presença de forças de van der Waals leva à agregação de esferas de carbono52.O aumento no tempo de síntese resultou em tamanhos menores e aumento no número de esferas devido a reações de craqueamento mais longas.Na fig.1c mostra que o MNC15 possui uma forma esférica quase perfeita.No entanto, as esferas agregadas ainda podem formar mesoporos, que mais tarde podem tornar-se bons locais para adsorção do azul de metileno.Com uma grande ampliação de 15.000 vezes na Fig. 1d, mais esferas de carbono podem ser vistas aglomeradas com um tamanho médio de 20,38 nm.
Imagens FESEM de nanocarbonos sintetizados após 10 min (a, b), 15 min (c, d) e 20 min (por exemplo) com ampliação de 7.000 e 15.000 vezes.
Na fig.1e – g MNC20 retrata o desenvolvimento de poros com pequenas esferas na superfície do carbono magnético e remonta a morfologia do carvão ativado magnético .Poros de diferentes diâmetros e larguras estão localizados aleatoriamente na superfície do carbono magnético.Portanto, isso pode explicar porque o MNC20 apresentou maior área superficial e volume de poros conforme mostrado pela análise BET, já que mais poros se formaram em sua superfície do que em outros tempos sintéticos.Micrografias tiradas com grande ampliação de 15.000 vezes mostraram tamanhos de partículas não homogêneos e formas irregulares, como mostrado na Fig.Quando o tempo de crescimento foi aumentado para 20 minutos, formaram-se mais esferas aglomeradas.
Curiosamente, flocos de carbono retorcidos também foram encontrados na mesma área.O diâmetro das esferas variou de 5,18 a 96,36 nm.Essa formação pode ser devida à ocorrência de nucleação diferencial, que é facilitada por altas temperaturas e microondas.O tamanho de esfera calculado das MNCs preparadas foi em média 20,38 nm para MNC10, 24,80 nm para MNC15 e 31,04 nm para MNC20.A distribuição de tamanho das esferas é mostrada na fig.3.
A Figura Suplementar 4 mostra os espectros de EDS e os resumos da composição elementar de MNC10, MNC15 e MNC20, respectivamente.De acordo com os espectros, notou-se que cada nanocarbono contém uma quantidade diferente de C, O e Fe.Isto se deve às diversas reações de oxidação e craqueamento que ocorrem durante o tempo adicional de síntese.Acredita-se que uma grande quantidade de C venha do precursor do carbono, o óleo de palma bruto.Enquanto isso, o baixo percentual de O se deve ao processo de oxidação durante a síntese.Ao mesmo tempo, o Fe é atribuído ao óxido de ferro depositado na superfície do nanocarbono após a decomposição do ferroceno.Além disso, a Figura Suplementar 5a-c mostra o mapeamento dos elementos MNC10, MNC15 e MNC20.Com base no mapeamento fundamental, observou-se que o Fe está bem distribuído pela superfície do MNC.
A análise de adsorção-dessorção de nitrogênio fornece informações sobre o mecanismo de adsorção e a estrutura porosa do material.Isotermas de adsorção de N2 e gráficos da superfície MNC BET são mostrados nas Figs.2. Com base nas imagens FESEM, espera-se que o comportamento de adsorção exiba uma combinação de estruturas microporosas e mesoporosas devido à agregação.No entanto, o gráfico da Fig. 2 mostra que o adsorvente se assemelha à isoterma tipo IV e ao loop de histerese tipo H2 da IUPAC55.Este tipo de isoterma é muitas vezes semelhante ao dos materiais mesoporosos.O comportamento de adsorção dos mesoporos é geralmente determinado pela interação das reações de adsorção-adsorção com as moléculas da matéria condensada.As isotermas de adsorção em forma de S ou em forma de S são geralmente causadas por adsorção de camada única-multicamadas seguida por um fenômeno no qual o gás condensa em uma fase líquida em poros a pressões abaixo da pressão de saturação do líquido a granel, conhecido como condensação de poros 56. A condensação capilar nos poros ocorre em pressões relativas (p/po) acima de 0,50.Enquanto isso, a estrutura complexa dos poros exibe histerese do tipo H2, que é atribuída ao entupimento dos poros ou vazamento em uma faixa estreita de poros.
Os parâmetros físicos da superfície obtidos nos testes BET são mostrados na Tabela 1. A área superficial BET e o volume total de poros aumentaram significativamente com o aumento do tempo de síntese.Os tamanhos médios dos poros de MNC10, MNC15 e MNC20 são 7,2779 nm, 7,6275 nm e 7,8223 nm, respectivamente.De acordo com as recomendações da IUPAC, estes poros intermediários podem ser classificados como materiais mesoporosos.A estrutura mesoporosa pode tornar o azul de metileno mais facilmente permeável e adsorvível pelo MNC57.O Tempo Máximo de Síntese (MNC20) apresentou a maior área superficial, seguido por MNC15 e MNC10.Uma área superficial BET mais alta pode melhorar o desempenho de adsorção à medida que mais locais de surfactante estão disponíveis.
Os padrões de difração de raios X das MNCs sintetizadas são mostrados na Fig. 3. Em altas temperaturas, o ferroceno também racha e forma óxido de ferro.Na fig.3a mostra o padrão XRD de MNC10.Ele mostra dois picos em 2θ, 43,0° e 62,32°, que são atribuídos a ɣ-Fe2O3 (JCPDS #39–1346).Ao mesmo tempo, Fe3O4 tem um pico tenso em 2θ: 35,27°.Por outro lado, no padrão de difração do MHC15 na Fig. 3b mostra novos picos, que estão provavelmente associados a um aumento na temperatura e no tempo de síntese.Embora o pico 2θ: 26,202° seja menos intenso, o padrão de difração é consistente com o arquivo JCPDS de grafite (JCPDS #75–1621), indicando a presença de cristais de grafite dentro do nanocarbono.Este pico está ausente no MNC10, possivelmente devido à baixa temperatura do arco durante a síntese.Em 2θ existem três picos de tempo: 30,082°, 35,502°, 57,422° atribuídos ao Fe3O4.Também mostra dois picos indicando a presença de ɣ-Fe2O3 em 2θ: 43,102° e 62,632°.Para MNC sintetizado por 20 min (MNC20), como mostrado na Fig. 3c, um padrão de difração semelhante pode ser observado em MNK15.O pico gráfico em 26,382° também pode ser visto no MNC20.Os três picos agudos mostrados em 2θ: 30,102°, 35,612°, 57,402° são para Fe3O4.Além disso, a presença de ε-Fe2O3 é mostrada em 2θ: 42,972° e 62,61.A presença de compostos de óxido de ferro nas multinacionais resultantes pode ter um efeito positivo na capacidade de adsorver o azul de metileno no futuro.
As características da ligação química nas amostras de MNC e CPO foram determinadas a partir dos espectros de refletância de FTIR na Figura Suplementar 6. Inicialmente, os seis picos importantes do óleo de palma bruto representavam quatro componentes químicos diferentes, conforme descrito na Tabela Suplementar 1. Os picos fundamentais identificados em CPO são 2.913,81 cm-1, 2.840 cm-1 e 1.463,34 cm-1, que se referem às vibrações de estiramento CH de alcanos e outros grupos alifáticos CH2 ou CH3.Os picos florestais identificados são 1740,85 cm-1 e 1160,83 cm-1.O pico em 1740,85 cm-1 é uma ligação C=O estendida pelo éster carbonil do grupo funcional triglicerídeo.Enquanto isso, o pico em 1160,83 cm-1 é a impressão do grupo éster CO58.59 estendido.Enquanto isso, o pico em 813,54 cm-1 é a marca do grupo alcano.
Portanto, alguns picos de absorção no óleo de palma bruto desapareceram à medida que o tempo de síntese aumentou.Picos em 2.913,81 cm-1 e 2.840 cm-1 ainda podem ser observados em MNC10, mas é interessante que em MNC15 e MNC20 os picos tendem a desaparecer devido à oxidação.Enquanto isso, a análise FTIR de nanocarbonos magnéticos revelou picos de absorção recém-formados representando cinco grupos funcionais diferentes de MNC10-20.Esses picos também estão listados na Tabela Suplementar 1. O pico em 2325,91 cm-1 é o trecho CH assimétrico do grupo alifático CH360.O pico em 1463,34-1443,47 cm-1 mostra curvatura CH2 e CH de grupos alifáticos como o óleo de palma, mas o pico começa a diminuir com o tempo.O pico em 813,54–875,35 cm–1 é uma impressão do grupo aromático CH-alcano.
Enquanto isso, os picos em 2101,74 cm-1 e 1589,18 cm-1 representam ligações CC 61 formando alcino C=C e anéis aromáticos, respectivamente.Um pequeno pico em 1695,15 cm-1 mostra a ligação C=O do ácido graxo livre do grupo carbonila.É obtido a partir de CPO carbonil e ferroceno durante a síntese.Os picos recém-formados na faixa de 539,04 a 588,48 cm-1 pertencem à ligação vibracional Fe-O do ferroceno.Com base nos picos mostrados na Figura Suplementar 4, pode-se observar que o tempo de síntese pode reduzir vários picos e religações em nanocarbonos magnéticos.
A análise espectroscópica do espalhamento Raman de nanocarbonos magnéticos obtidos em diferentes momentos de síntese usando um laser incidente com comprimento de onda de 514 nm é mostrada na Figura 4. Todos os espectros de MNC10, MNC15 e MNC20 consistem em duas bandas intensas associadas a carbono sp3 baixo, comumente encontrado em cristalitos de nanografita com defeitos nos modos vibracionais da espécie de carbono sp262.O primeiro pico, localizado na região de 1333–1354 cm–1, representa a banda D, que é desfavorável para a grafite ideal e corresponde a desordem estrutural e outras impurezas63,64.O segundo pico mais importante em torno de 1537–1595 cm-1 surge do alongamento da ligação no plano ou de formas cristalinas e ordenadas de grafite.No entanto, o pico deslocou cerca de 10 cm-1 em comparação com a banda G de grafite, indicando que as multinacionais têm uma ordem de empilhamento de folhas baixa e uma estrutura defeituosa.As intensidades relativas das bandas D e G (ID/IG) são utilizadas para avaliar a pureza de cristalitos e amostras de grafite.De acordo com a análise espectroscópica Raman, todas as multinacionais apresentaram valores de ID/IG na faixa de 0,98–0,99, indicando defeitos estruturais devido à hibridização Sp3.Esta situação pode explicar a presença de picos 2θ menos intensos nos espectros XPA: 26,20° para MNK15 e 26,28° para MNK20, conforme mostrado na Fig. 4, que é atribuído ao pico de grafite no arquivo JCPDS.As razões ID/IG MNC obtidas neste trabalho estão na faixa de outros nanocarbonos magnéticos, por exemplo, 0,85–1,03 para o método hidrotérmico e 0,78–0,9665,66 para o método pirolítico.Portanto, esta proporção indica que o presente método sintético pode ser amplamente utilizado.
As características magnéticas das multinacionais foram analisadas utilizando um magnetômetro vibratório.A histerese resultante é mostrada na Fig.5.Via de regra, as multinacionais adquirem seu magnetismo do ferroceno durante a síntese.Estas propriedades magnéticas adicionais podem aumentar a capacidade de adsorção dos nanocarbonos no futuro.Conforme mostrado na Figura 5, as amostras podem ser identificadas como materiais superparamagnéticos.Segundo Wahajuddin & Arora67, o estado superparamagnético é que a amostra é magnetizada até a magnetização de saturação (MS) quando um campo magnético externo é aplicado.Posteriormente, as interações magnéticas residuais não aparecem mais nas amostras67.Vale ressaltar que a magnetização de saturação aumenta com o tempo de síntese.Curiosamente, o MNC15 tem a maior saturação magnética porque a forte formação magnética (magnetização) pode ser causada pelo tempo ideal de síntese na presença de um ímã externo.Isso pode ser devido à presença de Fe3O4, que possui melhores propriedades magnéticas em comparação com outros óxidos de ferro, como ɣ-Fe2O.A ordem do momento de saturação de adsorção por unidade de massa de MNCs é MNC15>MNC10>MNC20.Os parâmetros magnéticos obtidos são apresentados na tabela.2.
O valor mínimo de saturação magnética ao usar ímãs convencionais na separação magnética é de cerca de 16,3 emu g-1.A capacidade das multinacionais de remover contaminantes como corantes no ambiente aquático e a facilidade de remoção das multinacionais tornaram-se fatores adicionais para os nanocarbonos obtidos.Estudos mostraram que a saturação magnética do LSM é considerada alta.Assim, todas as amostras atingiram valores de saturação magnética mais que suficientes para o procedimento de separação magnética.
Recentemente, tiras ou fios metálicos têm atraído a atenção como catalisadores ou dielétricos em processos de fusão por microondas.As reações de metais por microondas causam altas temperaturas ou reações dentro do reator.Este estudo afirma que a ponta e o fio de aço inoxidável condicionado (enrolado) facilitam a descarga de microondas e o aquecimento do metal.O aço inoxidável possui rugosidade pronunciada na ponta, o que leva a altos valores de densidade de carga superficial e campo elétrico externo.Quando a carga ganha energia cinética suficiente, as partículas carregadas saltarão para fora do aço inoxidável, fazendo com que o ambiente se ionize, produzindo uma descarga ou faísca 68 .A descarga de metal contribui significativamente para reações de craqueamento em solução acompanhadas por pontos quentes de alta temperatura.De acordo com o mapa de temperatura da Figura 2b Complementar, a temperatura aumenta rapidamente, indicando a presença de pontos quentes de alta temperatura, além do forte fenômeno de descarga.
Neste caso, observa-se um efeito térmico, uma vez que elétrons fracamente ligados podem se mover e concentrar-se na superfície e na ponta69.Quando o aço inoxidável é enrolado, a grande área superficial do metal em solução ajuda a induzir correntes parasitas na superfície do material e mantém o efeito de aquecimento.Esta condição ajuda efetivamente a clivar as longas cadeias de carbono do CPO e do ferroceno e do ferroceno.Como mostrado na Figura 2b suplementar, uma taxa de temperatura constante indica que um efeito de aquecimento uniforme é observado na solução.
Um mecanismo proposto para a formação de EMNs é mostrado na Figura Suplementar 7. As longas cadeias de carbono do CPO e do ferroceno começam a rachar em alta temperatura.O petróleo se decompõe para formar hidrocarbonetos divididos que se tornam precursores de carbono conhecidos como glóbulos na imagem FESEM MNC1070.Devido à energia do ambiente e à pressão 71 nas condições atmosféricas.Ao mesmo tempo, o ferroceno também racha, formando um catalisador a partir de átomos de carbono depositados no Fe.A nucleação rápida ocorre então e o núcleo de carbono oxida para formar uma camada de carbono amorfa e grafítica no topo do núcleo.À medida que o tempo aumenta, o tamanho da esfera torna-se mais preciso e uniforme.Ao mesmo tempo, as forças de van der Waals existentes também levam à aglomeração de esferas52.Durante a redução dos íons Fe a Fe3O4 e ɣ-Fe2O3 (de acordo com a análise de fase de raios X), vários tipos de óxidos de ferro são formados na superfície dos nanocarbonos, o que leva à formação de nanocarbonos magnéticos.O mapeamento EDS mostrou que os átomos de Fe estavam fortemente distribuídos pela superfície do MNC, como mostrado nas Figuras Suplementares 5a-c.
A diferença é que em um tempo de síntese de 20 minutos ocorre a agregação de carbono.Forma poros maiores na superfície das multinacionais, sugerindo que as multinacionais podem ser consideradas como carvão ativado, como mostrado nas imagens do FESEM na Fig.Esta diferença no tamanho dos poros pode estar relacionada à contribuição do óxido de ferro do ferroceno.Ao mesmo tempo, devido à alta temperatura atingida, ocorrem escamas deformadas.Os nanocarbonos magnéticos exibem diferentes morfologias em diferentes tempos de síntese.Os nanocarbonos têm maior probabilidade de formar formas esféricas com tempos de síntese mais curtos.Ao mesmo tempo, poros e escamas são alcançáveis, embora a diferença no tempo de síntese seja de apenas 5 minutos.
Os nanocarbonos magnéticos podem remover poluentes do ambiente aquático.Sua capacidade de serem facilmente removidos após o uso é um fator adicional para a utilização dos nanocarbonos obtidos neste trabalho como adsorventes.Ao estudar as propriedades de adsorção de nanocarbonos magnéticos, investigamos a capacidade das multinacionais de descolorir soluções de azul de metileno (MB) a 30°C sem qualquer ajuste de pH.Vários estudos concluíram que o desempenho dos absorventes de carbono na faixa de temperatura de 25 a 40 °C não desempenha um papel importante na determinação da remoção de MC.Embora valores extremos de pH desempenhem um papel importante, cargas podem se formar em grupos funcionais de superfície, o que leva à interrupção da interação adsorbato-adsorvente e afeta a adsorção.Portanto, as condições acima foram escolhidas neste estudo considerando essas situações e a necessidade de tratamento típico de águas residuárias.
Neste trabalho, um experimento de adsorção em lote foi realizado adicionando 20 mg de MNCs a 20 ml de uma solução aquosa de azul de metileno com várias concentrações iniciais padrão (5–20 ppm) em um tempo de contato fixo .A Figura Complementar 8 mostra o status de várias concentrações (5–20 ppm) de soluções de azul de metileno antes e depois do tratamento com MNC10, MNC15 e MNC20.Ao usar vários MNCs, o nível de cores das soluções MB diminuiu.Curiosamente, descobriu-se que o MNC20 descoloria facilmente as soluções de MB a uma concentração de 5 ppm.Enquanto isso, a MNC20 também reduziu o nível de cor da solução MB em comparação com outras multinacionais.O espectro UV visível de MNC10-20 é mostrado na Figura Suplementar 9. Enquanto isso, a taxa de remoção e as informações de adsorção são mostradas na Figura 9.6 e na tabela 3, respectivamente.
Picos fortes de azul de metileno podem ser encontrados em 664 nm e 600 nm.Como regra, a intensidade do pico diminui gradualmente com a diminuição da concentração inicial da solução MG.Na figura adicional 9a mostra os espectros UV-visíveis de soluções de MB de várias concentrações após tratamento com MNC10, que alterou apenas ligeiramente a intensidade dos picos.Por outro lado, os picos de absorção das soluções de MB diminuíram significativamente após o tratamento com MNC15 e MNC20, como mostrado nas Figuras Suplementares 9b e c, respectivamente.Estas alterações são claramente vistas à medida que a concentração da solução MG diminui.No entanto, as alterações espectrais alcançadas pelos três carbonos magnéticos foram suficientes para remover o corante azul de metileno.
Com base na Tabela 3, os resultados para a quantidade de MC adsorvido e a porcentagem de MC adsorvido são mostrados na Fig. 3. 6. A adsorção de MG aumentou com o uso de concentrações iniciais mais altas para todas as EMNs.Enquanto isso, a porcentagem de adsorção ou taxa de remoção de MB (MBR) mostrou tendência oposta quando a concentração inicial aumentou.Em concentrações iniciais mais baixas de MC, os sítios ativos desocupados permaneceram na superfície adsorvente.À medida que a concentração do corante aumenta, o número de sítios ativos desocupados disponíveis para a adsorção das moléculas do corante diminuirá.Outros concluíram que sob estas condições a saturação dos sítios ativos de biossorção será alcançada72.
Infelizmente para o MNC10, o MBR aumentou e diminuiu após 10 ppm de solução MB.Ao mesmo tempo, apenas uma pequena parte do MG é adsorvida.Isto indica que 10 ppm é a concentração ideal para adsorção de MNC10.Para todas as EMNs estudadas neste trabalho, a ordem das capacidades de adsorção foi a seguinte: MNC20 > MNC15 > MNC10, os valores médios foram 10,36 mg/g, 6,85 mg/g e 0,71 mg/g, as taxas médias de remoção de MG foi de 87, 79%, 62,26% e 5,75%.Assim, o MNC20 demonstrou as melhores características de adsorção entre os nanocarbonos magnéticos sintetizados, levando em consideração a capacidade de adsorção e o espectro UV-visível.Embora a capacidade de adsorção seja menor em comparação com outros nanocarbonos magnéticos, como o composto magnético MWCNT (11,86 mg/g) e nanopartículas magnéticas de Fe3O4 de haloisita (18,44 mg/g), este estudo não requer o uso adicional de um estimulante.Os produtos químicos atuam como catalisadores.fornecendo métodos sintéticos limpos e viáveis73,74.
Conforme mostrado pelos valores SBET das MNCs, uma superfície específica elevada fornece sítios mais ativos para a adsorção da solução MB.Isto está se tornando uma das características fundamentais dos nanocarbonos sintéticos.Ao mesmo tempo, devido ao pequeno tamanho das multinacionais, o tempo de síntese é curto e aceitável, o que corresponde às principais qualidades dos adsorventes promissores75.Comparados aos adsorventes naturais convencionais, as MNCs sintetizadas são magneticamente saturadas e podem ser facilmente removidas da solução sob a ação de um campo magnético externo .Assim, o tempo necessário para todo o processo de tratamento é reduzido.
As isotermas de adsorção são essenciais para compreender o processo de adsorção e então demonstrar como o adsorbato se divide entre as fases líquida e sólida quando o equilíbrio é alcançado.As equações de Langmuir e Freundlich são utilizadas como equações isotérmicas padrão, que explicam o mecanismo de adsorção, conforme mostrado na Figura 7. O modelo de Langmuir mostra bem a formação de uma única camada de adsorbato na superfície externa do adsorvente.As isotermas são melhor descritas como superfícies de adsorção homogêneas.Ao mesmo tempo, a isoterma de Freundlich afirma melhor a participação de diversas regiões adsorventes e a energia de adsorção na pressão do adsorbato em uma superfície não homogênea.
Isoterma modelo para isoterma de Langmuir (a – c) e isoterma de Freundlich (d – f) para MNC10, MNC15 e MNC20.
As isotermas de adsorção em baixas concentrações de soluto são geralmente lineares77.A representação linear do modelo de isoterma de Langmuir pode ser expressa em uma equação.1 Determine os parâmetros de adsorção.
LK (l/mg) é uma constante de Langmuir que representa a afinidade de ligação do MB ao MNC.Enquanto isso, qmax é a capacidade máxima de adsorção (mg/g), qe é a concentração adsorvida de MC (mg/g) e Ce é a concentração de equilíbrio da solução MC.A expressão linear do modelo isotérmico de Freundlich pode ser descrita da seguinte forma:
Horário da postagem: 16 de fevereiro de 2023