Compósitos de quitosana aditivados com nanocelulose e óxido de grafeno (go) para eletrolisadores pem

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Melo, Santino Loruan Silvestre de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Biopolímeros; membranas de condução protônica; compósitos de quitosana; célula de eletrólise
• Link de acesso: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76777

Biopolímeros, como quitosana e celulose, são materiais alternativos para substituição de diversos polímeros sintéticos devido ao seu baixo custo, alto desempenho mecânico e biodegradabilidade. A modificação desses insumos, tanto química quanto mecanicamente, pode fornecer propriedades, direcionando o seu uso para aplicações específicas. Os compósitos são materiais que agregam propriedades de diversas fases para entregar um produto com características melhoradas. Atualmente, membranas de perfluorossulfônico, como as de Nafion, são utilizadas em células de eletrólise com Membrana Condutora de Prótons (PEM), porém, as desvantagens como alto custo, baixa condutividade em condições anidras e sua não sustentabilidade são fatores determinantes para sua substituição. Nessa pesquisa, investigou-se o comportamento de membranas de quitosana com adição de nanocelulose e óxido de grafeno para melhoria das suas propriedades mecânicas e elétricas. O intuito é introduzir esse novo material nas células de eletrólise. As células de eletrólise são essenciais para a produção de hidrogênio e oxigênio de alta pureza. Utilizaram-se as membranas produzidas em eletrolisador para aferição de suas características. Também se realizou caracterizações espectroscópicas, térmicas, físicas e elétricas. As imagens obtidas por MEV revelaram as fases sintetizadas. Morfologicamente, a nanocelulose se apresentou na região das dezenas de nanômetros, o óxido de grafeno em forma de aglomerado e a quitosana como filme. Quando avaliados em relação à dureza, todos os aditivos foram responsáveis por melhorar essa propriedade. Destacaram-se as membranas aditivadas com 1% de nanocelulose e 3% de óxido de grafeno, com ganhos de 10,7% e 9,6% em dureza, respectivamente. As curvas termogravimétricas revelaram deslocamento nos picos de temperatura de perda de massa de água, com variações de 12,6o C para o corpo de prova aditivado com GO 1% m/m e NCC 1% m/m em relação à amostra sem aditivos. A análise imediata mostrou que o teor de umidade é maior com a aditivação com nanocelulose e menor com o acréscimo de óxido de grafeno, revelando ganho percentual de materiais voláteis. Em relação à condutividade dos insumos em solução, houve decréscimo com a aditivação da nanocelulose e aumento com a adição de grafite e óxido de grafeno. Verificaram-se perdas de condutividade de 12,51% e 23,1% para amostras com 1% e 3% de nanocelulose e ganhos de 18,3% e 25,93% para as que foram aditivadas com 1% e 3% de Óxido de Grafeno. A absorção de fluidos em meio básico mostrou que o tempo ideal para a absorção máxima foi de 2h, tempo em que não houve variação significativa de massa da amostra. As curvas de polarização do eletrolisador em uso com as membranas mostraram que a aditivação diminuiu a tensão aplicada para início de reação e aumentou sua velocidade, com exceção do corpo de prova com 3% de nanocelulose. A amostra CH/NCC1/GO1 apresentou início de reação em 1,78V ± 0,17V e velocidade de 14.10-3A/(cm2V).