Tratamento dos primeiros produtos da síntese de óxido de grafeno

Abstract

Nos últimos anos, o grafeno tem experimentado uma significativa expansão, passando desde os primeiros ensaios em laboratório até a atual comercialização a pequena escala. A primeira etapa de síntese consiste na oxidação (e consequente exfoliação) do grafite mediante a ação de oxidantes fortes para obter o óxido de grafeno (GO). Dentro dos diferentes processos propostos, o método de Hummers representa um meio mais simples e brando de sintetizar GO através da reação de grafite com ácido sulfúrico concentrado, nitrato de sódio e permanganato de potássio. O processo completo utilizado neste trabalho está adaptado a este método, e dura em torno de 4 horas, demandando apenas controle da temperatura [1]. O produto gerado neste processo oxidativo precisa ser separado da mistura reacional, para o que são necessários processos de separação mecânicos para obtermos o produto final na máxima pureza possível. Desta forma, o intuito deste trabalho de conclusão de curso é propor diferentes alternativas de separação e purificação do GO produzido no processo de oxidação do grafeno. Para isto, foram propostos os seguintes processos: separação por sedimentação, filtração e centrifugação. Finalmente, como tratamento de refino foi proposto o processo de troca iônica. A sequência de trabalho consistiu, em uma primeira etapa, em ensaios realizados em laboratório em batelada. Em uma segunda etapa, e a partir dos resultados obtidos, foram projetados os correspondentes equipamentos industriais: sedimentador de fundo cônico, filtro rotatório e separador centrífugo de vaso tubular. Da mesma forma, foi projetado um sistema de troca iônica para operação em semicontínuo. Com os resultados de cada projeto foi possível a escolha da técnica mais viável.