Estudo da produção de nanofibras de carbono por fiação por sopro em solução a partir de poliacrilonitrila e lignina

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Camargo, Lais Angelice de
Orientador(a): Mattoso, Luiz Henrique Capparelli lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/12186
Resumo: Carbon nanofibers (NFC) are highly resistant materials and are widely used in the aerospace and battery industry. Methods such as eletrospinning and solution blow spinning (SBS) are used for the production of carbon nanofibers and these can be produced from polyacrylonitrile (PAN), among other petroleum polymers. In this work the carbon nanofiber production by SBS from PAN enriched with lignin content from bio-residue was studied. The nanofibers produced in this work were characterized by physicochemical properties by XRD, FTIR, Raman and NMR, thermal properties by Thermogravimetry (TG/DTG) and Differential Exploratory Calorimetry (DSC), as well as structural properties by Microscopy Scanning Electronics (SEM). An experimental design was carried out to optimize the nanofiber production parameters of PAN by SBS and those that influenced the nanofiber diameter according to the model were PAN concentration and the injection rate, thus, the higher the concentration and the lower the injection rate, the larger the nanofiber diameters. NFC from PAN were produced by SBS and presented an average diameter of 153.2 nm for 6 %, 254.0 nm for 8 % and 369.0 nm for 10 % of mass fraction confirming the tendency of concentration increase with increased diameter of the produced nanofibers indicated by experimental design. Carbon nanofibers from PAN with the addition of lignin were obtained up to the 20:80 PAN/Lignin fraction for 18 % mass concentration. For the ratio of 10:90 PAN/Lignin it was only possible to obtain nanofibers from the fixed viscosity of the 0.2 Pa.s solution for both wood lignin (Lig-M) and sugar cane lignin (Lig-C). These nanofibers had an average diameter of 228.5 and 300.6 nm, R (ID/IG) of 1.26 and 1.22 and crystal size of 15.3 and 15.7 nm respectively. These results for carbon nanofibers obtained through Lig-M and Lig-C by SBS corroborate those found in the literature for nanofibers produced from eletrospinning. Thus carbon nanofibers with up to 90% lignin were successfully produced in this work using the new solution blow spinning technique.
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In this work the carbon nanofiber production by SBS from PAN enriched with lignin content from bio-residue was studied. The nanofibers produced in this work were characterized by physicochemical properties by XRD, FTIR, Raman and NMR, thermal properties by Thermogravimetry (TG/DTG) and Differential Exploratory Calorimetry (DSC), as well as structural properties by Microscopy Scanning Electronics (SEM). An experimental design was carried out to optimize the nanofiber production parameters of PAN by SBS and those that influenced the nanofiber diameter according to the model were PAN concentration and the injection rate, thus, the higher the concentration and the lower the injection rate, the larger the nanofiber diameters. NFC from PAN were produced by SBS and presented an average diameter of 153.2 nm for 6 %, 254.0 nm for 8 % and 369.0 nm for 10 % of mass fraction confirming the tendency of concentration increase with increased diameter of the produced nanofibers indicated by experimental design. Carbon nanofibers from PAN with the addition of lignin were obtained up to the 20:80 PAN/Lignin fraction for 18 % mass concentration. For the ratio of 10:90 PAN/Lignin it was only possible to obtain nanofibers from the fixed viscosity of the 0.2 Pa.s solution for both wood lignin (Lig-M) and sugar cane lignin (Lig-C). These nanofibers had an average diameter of 228.5 and 300.6 nm, R (ID/IG) of 1.26 and 1.22 and crystal size of 15.3 and 15.7 nm respectively. These results for carbon nanofibers obtained through Lig-M and Lig-C by SBS corroborate those found in the literature for nanofibers produced from eletrospinning. Thus carbon nanofibers with up to 90% lignin were successfully produced in this work using the new solution blow spinning technique.Nanofibras de carbono (NFC) são materiais altamente resistentes e são amplamente utilizadas na indústria aeroespacial e de baterias. Métodos como eletrofiação e fiação por sopro em solução (FSS) são utilizados para a produção de nanofibras de carbono e estas podem ser produzidas a partir de poliacrilonitrila (PAN), dentre outros polímeros provindos de petróleo. Neste trabalho foi estudada a produção de nanofibras de carbono por FSS a partir de PAN com conteúdo enriquecido de lignina provinda de bio-resíduo. As nanofibras produzidas neste trabalho foram caracterizadas a partir de propriedades físico-químicas por DRX, FTIR, Raman e RMN, propriedades térmicas por Termogravimetria (TG/DTG) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), bem como quanto às propriedades estruturais a partir de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Um planejamento experimental foi realizado para otimização dos parâmetros de produção de nanofibras de PAN por FSS e os fatores que apresentaram influência no diâmetro das nanofibras segundo o modelo foram a concentração e a taxa de injeção, assim, quanto maior a concentração e menor a taxa de injeção, maiores os diâmetros das nanofibras. As NFC a partir de PAN foram produzidas por FSS e apresentaram diâmetro médio de 153,2 nm para 6 %, 254,0 nm para 8 % e 369,0 nm para 10 % de fração mássica confirmando a tendência do aumento da concentração com o aumento do diâmetro das nanofibras produzidas indicada pelo planejamento experimental. A obtenção de nanofibras de carbono de PAN com a adição de lignina foram realizadas até a fração de 20:80 PAN/Lignina para concentração mássica de 18 %. Para a proporção de 10:90 PAN/Lignina só foi possível obter nanofibras a partir de viscosidade fixa da solução de 0,2 Pa.s tanto para a lignina de madeira (Lig-M), quanto para a lignina de cana-de-açúcar (Lig-C). Estas nanofibras apresentaram diâmetro médio de 228,5 e 300,6 nm, e razão de intensidade da banda D e G (R(ID/IG)) de 1,26 e 1,22 e tamanho de cristal de 15,3 e 15,7 nm respectivamente. Estes resultados para as nanofibras de carbono obtidas através Lig-M e Lig-C com 10% de PAN por FSS corroboram com os encontrados na literatura para nanofibras produzidas a partir de eletrofiação. Assim, nanofibras de carbono com até 90 % de lignina, foram produzidas com sucesso neste trabalho usando a nova técnica de fiação por sopro em solução.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 160149/2015-0porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessLigninaFIação por sopro em soluçãoNanofibras de carbonoCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAEstudo da produção de nanofibras de carbono por fiação por sopro em solução a partir de poliacrilonitrila e ligninaStudy of the production of carbon nanofibers by solution blow spinning from polyacrylonitrill and lignininfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis600600cd4a0e5b-b40b-46f6-8c76-2c2bcc3239a9reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese Doutorado Lais Angelice - Final pós defesa.pdfTese Doutorado Lais Angelice - Final pós defesa.pdfTeseapplication/pdf5674304https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/611b7a13-8e7b-42aa-9831-d51ab86a4609/download4c9e9fefc6eaa0686d7da8187c64c425MD51trueAnonymousREADCarta de aceite do orientador.pdfCarta de aceite do orientador.pdfapplication/pdf510396https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b82e764b-0794-415f-ba30-64d0918b66b5/download7d0b7a10f1a96825c1e680822a180bb6MD53falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8805https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/775ac30f-c87f-439e-acdc-28227b6de05c/downloadc4c98de35c20c53220c07884f4def27cMD54falseAnonymousREADTEXTTese Doutorado Lais Angelice - Final pós defesa.pdf.txtTese Doutorado Lais Angelice - Final pós defesa.pdf.txtExtracted texttext/plain173434https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/210d7f2e-d6e4-47a7-9ed3-fb45bc9a40f6/download1d56d11914873d448c2944c474905f25MD59falseAnonymousREADCarta de aceite do orientador.pdf.txtCarta de aceite do orientador.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d9b41abd-e08e-48c3-8fb6-226a2849e1a5/download68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD511falseAnonymousREADTHUMBNAILTese Doutorado Lais Angelice - Final pós defesa.pdf.jpgTese Doutorado Lais Angelice - Final pós defesa.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9850https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/8a276316-24af-43d2-b7b8-87da63e4ac30/downloadd0f1bf4f59e191a9fdb5f9d95deca995MD510falseAnonymousREADCarta de aceite do orientador.pdf.jpgCarta de aceite do orientador.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg11514https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/bf4462e0-f67a-4cb4-be50-72337cc85e72/download3b9bbcbf23a93ea844f03f6a55fb3c3cMD512falseAnonymousREAD20.500.14289/121862025-02-05 19:22:29.185http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/Attribution-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/12186https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-05T22:22:29Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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