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Tipo: Dissertação
Data do documento: 25-Jun-2025
Autor(es): FERREIRA, Débora Ely Medeiros
Afiliação do(s) Autor(es): ITV - Instituto Tecnológico Vale
Primeiro(a) Orientador(a): CORREA PABÓN, Rosa Elvira
Primeiro(a) coorientador(a): REIS, Marcos Allan Leite dos
Título: Sensor quimiorresistor baseado em nanotubos de carbono para detecção de éter-amina
Agência de fomento: 
Citar como: FERREIRA, Débora Ely Medeiros. Sensor quimiorresistor baseado em nanotubos de carbono para detecção de éter-amina. Orientadora: Rosa Elvira Correa Pabón. 2025. 83 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Campus Universitário de Ananindeua, Universidade Federal do Pará, Ananindeua, 2025. Disponivel em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17605. Acesso em:.
Resumo: O desenvolvimento de sensores nanoestruturados tornou-se muito relevante para detecção de substâncias químicas e biológicas, pois utilizam pequenas quantidades de concentrações além de apresentarem fácil manuseio. Assim, no âmbito de detecção e reuso de floculantes em flotação de minério de ferro, foram adquiridos Buckypapers (BPs) baseados em Nanotubos de Carbono de Paredes Múltiplas (NTCPMs) funcionalizados para desempenhar a função sensorial na investigação de amostras contendo água deionizada (AD), éter-amina (EA) e sais (AlCl₃, FeO₄·7H₂O, CaCl₂·2H₂O, MgCl₂·6H₂O) em diferentes pHs. A caracterização morfológica dos BPs por Microscopia Eletrônica de Varredura demonstrou a organização agregada de nanotubos de carbono (NTCs) que se apresentam aleatoriamente na superfície de fenolite. Pelo teste quimiorresistivo, foi possível obter as medidas de resistência elétrica em função do tempo (R × t). Os resultados observados por meio da resposta (em aumento percentual) em função do tempo (segundos) para 3 ciclos contendo cada um 0,1 μL das soluções produzidas a partir de AD, EA, Hidróxido de Sódio (NaOH) e sais, demonstaram que o sensor consegue distinguir as soluções, como também sua diferença de pH, exibindo resposta (%), tempo de resposta (s) e recuperação (s) para cada solução produzida e testada, visto que à medida que o pH aumentou, observou-se um aumento significativo na resposta do sensor, pois a solução contendo 30 ppm EA + sais (pH 9,63) atingiu uma resposta média de 20,14%, tempo médio de resposta de apenas 188,60 s e tempo médio de recuperação de 154,91 s, indicando que o sensor é mais sensível em meios alcalinos. A análise vibracional por Espectroscopia Raman indicou sub-bandas em torno da banda D que resultam do processo de funcionlização química e solubilização dos NTCPMs, assim como também sub-bandas em torno da banda G que estão relacionadas com a vibração dos tubos mais internos e externos. Já com relação às amostras contendo EA e sais, os resultados indicaram transferências de carga entre éter-amina e as camadas mais externas dos NTCs presentes no BP e a presença de sais metálicos influenciou o perfil da banda G, alterando a densidade eletrônica e promovendo distorções locais. O PCA (Análise de componentes principais) indicou que a disposição dos scores consegue distinguir as amostras de 30 ppm EA de maior pH (9,76 e 10,70) e 30 ppm EA + sais (pH 9,63), das amostras de NaOH (pH 9,80 e pH 10,74) e sais (pH 4,73 e pH 9,77), demonstrando indicativo da capacidade de detecção e diferenciação do sistema à Éter-Amina, NaOH e sais. Logo, o sensor nanoestruturado apresentou resultados relevantes para a detecção de EA e aplicação na indústria com o intuito de reaproveitar a EA que não é toda aproveitada.
Abstract: The development of nanostructured sensors has become highly relevant for the detection of chemical and biological substances, as they require small concentrations and offer easy handling. In the context of detecting and reusing flocculants in iron ore flotation, Buckypapers (BPs) based on functionalized Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNTs) were employed to serve as sensing elements in the investigation of samples containing deionized water (DW), ether-amine (EA), and salts (AlCl₃, FeO₄·7H₂O, CaCl₂·2H₂O, MgCl₂·6H₂O) at different pH levels. Morphological characterization of the BPs using Scanning Electron Microscopy revealed an aggregated organization of carbon nanotubes (CNTs), which appeared randomly distributed on the phenolic surface. Through chemoresistive testing, electrical resistance measurements over time (R × t) were obtained. The results, based on the sensor response (as a percentage increase) over time (seconds) for three cycles—each with 0.1 μL of the solutions prepared from DW, EA, sodium hydroxide (NaOH), and salts—showed that the sensor was able to distinguish between the solutions and their pH differences. It exhibited specific response (%), response time (s), and recovery time (s) for each solution tested. A notable increase in sensor response was observed with rising pH, with the solution containing 30 ppm EA + salts (pH 9.63) reaching an average response of 20.14%, an average response time of 188.60 s, and an average recovery time of 154.91 s, indicating that the sensor is more sensitive in alkaline environments. Vibrational analysis by Raman spectroscopy revealed sub-bands around the D band resulting from the chemical functionalization and solubilization processes of the MWCNTs, as well as sub-bands near the G band associated with vibrations of the inner and outer nanotube walls. For samples containing EA and salts, the results indicated charge transfer between the ether-amine and the outer layers of the CNTs in the BP. The presence of metallic salts influenced the G band profile, altering electron density and causing local distortions. Principal Component Analysis (PCA) showed that the distribution of scores could distinguish the 30 ppm EA samples with higher pH (9.76 and 10.70) and 30 ppm EA + salts (pH 9.63) from the NaOH samples (pH 9.80 and 10.74) and salt-only samples (pH 4.73 and 9.77), indicating the system's detection and differentiation capability toward ether-amine, NaOH, and salts. Thus, the nanostructured sensor demonstrated relevant results for EA detection and potential application in the industry to recover unutilized EA.
Palavras-chave: Flotação
Buckypaper
Sensitividade
Flotation
Sensitivity
Área de Concentração: CARACTERIZAÇÃO, DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO
Linha de Pesquisa: MATERIAIS NANOESTRUTURADOS
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAO::TRATAMENTO TERMICOS, MECANICOS E QUIMICOS
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Campus Universitário de Ananindeua
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
Fonte: Disponível na internet via correio eletrônico: bbca@ufpa.br
Aparece nas coleções:Dissertações em Ciência e Engenharia de Materiais (Mestrado) - PPGCEM/Ananindeua

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