Investigation on Ti3C2 MXenes for H2/CO2 separation membranes and epoxy-based composites - Emerenciano, Aline Alencar (2023)
Membranas de separação gasosa para captura de CO2 do meio ambiente são urgentemente requeridas para minimizar o efeito estufa. Um dos maiores desafios neste campo trata-se de produzir uma membrana de separação gasosa eficiente que seja mecânica e quimicamente estável, assim como capaz de separar gases através da seleção por tamanho molecular, conhecida como peneiramento molecular. Atualmente, entre os diferentes materiais que têm sido usados para produzir membranas, o grafeno e o óxido de grafeno são potenciais concorrente usados para a fabricação dessas membranas por meio de exfoliação. Devido à forte semelhança com o grafeno, Ti3C2Tx MXenes tornaram-se um ótimo candidato para ser processado como membrana devido à sua capacidade de formar nanocanais. Porém alguns problemas relativos à pureza, qualidade, desperdício, e estocagem das nanofolhas precisam ser melhorados. Adicionalmente, devido à natureza hidrofílica e atrativa dos grupos funcionais, há uma facilidade para a formação de aglomerados na sua forma anidra durante a estocagem, o que dificulta a reutilização deste material para ser usado como reforço em matrizes à base de epóxi, por exemplo. Esta tese mostrou alternativas para a (I) produção de uma membrana capaz de separar H2 e CO2 através do controle da distância entre as nanofolhas de Ti3C2Tx, (II) melhoramento da eficiência da síntese dos MXenes através da criação de um protocolo de secagem com o intuito de aprimorar a pureza, qualidade das nanafolhas, e evitar aglomeração, e (III) melhorar a dispersão de nano cargas de Ti3C2Tx na matriz de resina epoxídica através do estudo da influência da morfologia do reforço na dispersão e nas propriedades mecânicas de compósito à base de epóxi. Os resultados sugerem, primeiramente, que Ti3C2Tx foram eficientemente sintetizadas. Em seguida, o tratamento térmico sob atmosfera livre de oxigênio como uma alternativa para o controle da distância interlamelar através aumento do fator de separação H2/CO2. Adicionalmente, o novo protocolo de secagem e estocagem de MXenes na forma de espuma, foi capaz de produzir nanofolhas puras através da separação entre MXenes sintetizado e MAX Phase não-exfoliados, mantendo sua qualidade, assim como a natureza dos seus grupos funcionais, o que levou à produção de filmes de MXenes bem-depositados. E, por último, a boa dispersão de espumas de Ti3C2Tx na matriz à base de epoxi levou a um aumento nas propriedades mecânicas do compósito diferentemente das MXenes em pó secadas através do método convencional.