Caracterização de sensor quimiorresistivo nanoestruturado para soluções catiônicas utilizadas em flotação mineral

dc.contributor.advisor1REIS, Marcos Allan Leite dos
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8252507933374637pt_BR
dc.contributor.advisor1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-2226-2653pt_BR
dc.contributor.memberBRAGA, Alessandra Nascimento
dc.contributor.memberSANTOS, Iranildes Daniel dos
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7611599930837576pt_BR
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0590145364265707pt_BR
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-9880-5648pt_BR
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-5493-1079pt_BR
dc.creatorMAGNO, Sabrina Ribeiro
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2396338925435934pt_BR
dc.creator.ORCIDhttps://orcid.org/0009-0001-1025-7622
dc.date.accessioned2026-06-03T14:01:32Z
dc.date.available2026-06-03T14:01:32Z
dc.date.issued2026-05-05
dc.description.abstractIn the iron mining industry, reverse cationic flotation is used as a mineral concentration technique, employing surfactants such as ether-amine and amide-amine as quartz collectors. Monitoring these reagents in industrial effluents is essential both for efficient process control and for mitigating environmental impacts. However, conventional techniques used for this purpose present limitations related to high cost, operational complexity, and analysis time, which justifies the search for alternative approaches based on highly sensitive, low-cost nanoengineered chemical sensors with real-time response. This work presents a chemiresistive sensor based on buckypaper of functionalized multi-walled carbon nanotubes (f-MWCNTs) for the detection and discrimination between amide-amine and ether-amine solutions, as well as salts similar to those found in flotation effluents (pH 9.5–9.8, 30 ppm). The device was characterized by scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, electrical chemiresistive response tests, binding energy calculations using density functional theory (DFT), and statistical analysis through principal component analysis (PCA). Raman analysis revealed distinct doping patterns: amide-amine compensated the NaOH-induced p-type doping in the outer layers (no shift in G'outer) and induced a redshift of 31 cm⁻¹ in G'inner, while ether-amine showed a smaller redshift of 14 cm⁻¹ in G'inner. In electrical tests, the sensor exhibited a higher chemiresistive response to amide-amine solutions, with a variation of 5.29% relative to deionized water, whereas ether-amine showed a response of only 0.42%. DFT calculations indicated binding energies of −1.04 eV for amide-amine and −0.71 eV for ether-amine, confirming the stronger interfacial affinity of amide-amine with the nanotubes. PCA enabled dimensionality reduction of the experimental data, allowing clear discrimination between the analytes based on response intensity (33.96% of the variance) and sensor recovery kinetics (53.93% of the variance). The results obtained from these analyses demonstrate the high capability of the sensor to detect and discriminate chemical analytes containing ether-amine and amide-amine.en
dc.description.resumoNa indústria de mineração de ferro se utiliza a flotação catiônica reversa como técnica de concentração mineral, empregando surfactantes como éter-amina e amida-amina como coletores de quartzo. O monitoramento desses reagentes em efluentes industriais torna-se fundamental tanto para o controle eficiente do processo quanto para a mitigação de impactos ambientais. Entretanto, as técnicas convencionais utilizadas para essa finalidade, apresentam limitações relacionadas ao elevado custo, à complexidade operacional e ao tempo de análise, o que justifica a busca por abordagens alternativas baseadas em sensores químicos nanoestruturados de alta sensibilidade, baixo custo e resposta em tempo real. Este trabalho apresenta um sensor quimiorresistivo baseado em buckypaper de nanotubos de carbono de paredes múltiplas funcionalizados (NTCPM-f) para detecção e distinção entre soluções de amida-amina e éter-amina e sais similares aos efluentes de flotação (pH 9,5–9,8, 30 ppm). O dispositivo foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia Raman, testes elétricos de resposta quimiorresistiva, cálculos de energia de ligação por teoria do funcional de densidade (DFT) e com dados estatísticos avaliados por análise de componentes principais (PCA). A análise Raman revelou padrões distintos de dopagem: a amida-amina compensou o doping tipo-p do NaOH nas camadas externas (deslocamento nulo em G'outer) e induziu redshift de −31 cm⁻¹ em G'inner, enquanto comparativamente a éter-amina apresentou redshift de −14 cm-1 em G'inner. Nos testes elétricos o sensor apresentou resposta quimiorresistiva superior para soluções com a amida-amina, com variação de 5,29% em relação à água deionizada, enquanto a éter-amina apresentou resposta de apenas 0,42%. Os cálculos DFT indicaram energia de ligação de −1,04 eV para amida-amina e −0,71 eV para éter-amina, confirmando maior afinidade interfacial da amida-amina com os nanotubos. A PCA permitiu a redução da dimensionalidade dos dados experimentais, possibilitando a clara discriminação entre os analitos com base na intensidade de resposta responsável por 33,96% da variância e na cinética de recuperação do sensor representando 53,93% da variância. Os resultados obtidos a partir das análises realizadas demonstram a elevada capacidade do sensor em detectar e distinção de analitos químicos contendo éter-amina e amida-amina.pt_BR
dc.identifier.citationMAGNO, Sabrina Ribeiro. Caracterização de sensor quimiorresistivo nanoestruturado para soluções catiônicas utilizadas em flotação mineral. Orientador: Marcos Allan Leite dos Reis. 2026. 81 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Campus Universitário de Ananindeua, Universidade Federal do Pará, Ananindeua, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/18259. Acesso em:.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/18259
dc.languagept
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentCampus Universitário de Ananindeuapt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiaispt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/
dc.sourceDisponível na internet via correio eletrônico: bbca@ufpa.brpt_BR
dc.subjectNanotubos de carbonopt_BR
dc.subjectSensor quimiorresistivopt_BR
dc.subjectAmida-aminapt_BR
dc.subjectRespostaspt_BR
dc.subjectCarbon nanotubesen
dc.subjectChemiresistive sensoren
dc.subjectAmide amineen
dc.subjectResponsesen
dc.subject.areadeconcentracaoCARACTERIZAÇÃO, DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DOS MATERIAISpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAO::TRATAMENTO TERMICOS, MECANICOS E QUIMICOSpt_BR
dc.subject.linhadepesquisaMATERIAIS NANOESTRUTURADOSpt_BR
dc.titleCaracterização de sensor quimiorresistivo nanoestruturado para soluções catiônicas utilizadas em flotação mineralpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR

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