Funcionalização química de nanotubos de carbono

Tese de doutoramento em Ciências Especialidade de QuímicaDesde a sua descoberta, os CNTs têm despertado um grande interesse pela comunidade científica devido às suas excelentes propriedades eléctricas, mecânicas e térmicas. A natureza apolar dos nanotubos de carbono favorece a sua agregação, o que representa uma séria limitação na aplicação deste material forte e flexível. A introdução de grupos funcionais na superfície dos CNTs tem sido amplamente usada para lhes conferir novas propriedades e melhorar a sua dispersão em solventes e/ou materiais. Inúmeras reacções químicas têm vindo a ser reportadas para a funcionalização superficial dos CNTs de modo a aproveitar as suas propriedades e ampliar a sua aplicação. Neste trabalho são apresentadas reacções de funcionalização covalente de nanotubos de carbono (CNTs) usando 1,3-butadieno e 2,3-dimetil-1,3-butadieno, gerados por extrusão térmica de dióxido de enxofre das sulfonas correspondentes. A funcionalização foi então realizada em solução e na ausência de solvente. As reacções realizadas na ausência de solvente foram activadas por microondas. A reacção de cicloadição de Diels-Alder do ácido sórbico e seus derivados foi realizada tanto na presença como na ausência de solvente. As reacções realizadas na ausência de solvente foram activadas por microondas. A funcionalização de nanotubos de carbono por reacção de cicloadição da espécie dipolar 1,3 gerada a partir da condensação de um α-amino ácido e um aldeído, foi realizada na ausência de solvente com activação por microondas e os resíduos de reacção foram investigados. Neste trabalho foi ainda estudada a interacção não covalente do tipo π-π de CNTs na presença de compostos poliaromáticos (perilenodiimidas) previamente sintetizados e caracterizados. O desenvolvimento de materiais para aplicação ambiental em processos tecnológicos de desintoxicação e depuração de efluentes aquosos é uma área de pesquisa de extrema importância. A grande diversidade de materiais adsorventes tais como biomassa, carvão activado e CNTs aliada a novas abordagens tecnológicas, são actualmente armas poderosas no combate deste sério problema.Since their discovery, CNT have aroused a great interest in the scientific community as a result of their unique electrical, mechanical and thermal properties. The non-polar nature of carbon nanotubes, favouring their aggregation as bundles, poses a serious limitation to a wide range of potential applications of this strong and flexible material. Grafting of chemical functions on the surface of multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) has been widely used to add new properties and improve their dispersion in solvents and/or materials. A number of chemical reactions were reported for the functionalization of the outer layer of MWCNTs, tailoring their properties and widening their applications. Previous studies of the Diels-Alder cycloaddition reaction of 1,3-butadiene generated in situ from sulfolene with carbon nanofibers reveled that this can be a good method to generate a high degree of functionalization without significant structural damage. This work presents the covalent functionalization reactions of MWCNTs using 1,3- butadiene and 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, generated from the corresponding sulfones by sulfur dioxide extrusion. The functionalization was performed in solution and under solventfree conditions. The use of microwave irradiation was investigated and the solid reagents were submitted to different radiation power over variable periods of time. Cycloaddition of sorbic acid and derivatives via the Diels-Alder reaction were performed both in the presence and in the absence of solvent. The solvent free reactions were carried out under microwave irradiation. The functionalization of CNTs through the reaction of 1,3-dipoles, generated by condensation of an α-amino acid and an aldehyde, was carried out in dry conditions under microwave irradiation and the reaction residues were investigated. The functionalization of CNTs by non-covalent interaction with a number of synthetic polyaromatic compounds (perilenodiimides) was also evaluated in this work.The development of materials for environmental protection to be applied in technological processes of detoxification and depuration of water effluents is a research area of extreme importance. A diversity of materials and technological approaches are currently studied to overcome this problem, and these include the use of sorbent substrates obtained from a variety of sources, such as biomass, activated carbons and carbon nanotubes. Carbon based spheres (CBS) with a diameter distribution from nanometer to micrometer scale were prepared by a novel synthetic method. The synthetic conditions were optimized and the surface properties of the new material were investigated. This material showed a promising potential in the removal of Astrazon-blue dye and heavy metals from water solutions