Preparación de Materiales Tipo Óxido de Grafito y Óxido de Grafito Reducido a partir de Bagazo de Caña Pirolizado Álvaro Walter Calafat Silva Responsable Para uso exclusivo del Decanato Coordinación: Unidad: Número de páginas: 10 Número de corresponsables: 0 Responsable: Álvaro Walter Calafat Silva acalafat@unet.edu.ve Teléfono: Proyecto generado el: Recibido por: Nombres y Apellidos: Firma: San Cristóbal, / /20
Código CODEIN 04-017-2015 Título Preparación de Materiales Tipo Óxido de Grafito y Óxido de Grafito Reducido a partir de Bagazo de Caña Pirolizado Fecha de Inicio - Fecha de Finalización 2015-11-10-2017-10-14 Descripción El siguiente proyecto tiene como objetivo principal la caracterización de las sustancias carbonáceas obtenidas a partir de bagazo de caña (SCB) pirolizado, siguiendo protocolos de síntesis empleadas en la obtención de óxido de grafito (GO) y óxido de grafito reducido (R-GO). Se estudiarán los efectos de los parámetros de óxidación (relación m SCB/m KMnO 4, presencia de H 3 PO 4 en el medio de óxidación, temperaturas alcanzadas durante el proceso) y de reducción (agente reductor, temperatura), así como el efecto de las cenizas, en las propiedades de los sólidos obtenidos. Los sólidos preparados serán caracterizados mediante espectroscopía UV-Visible, difracción de rayos- X, conductividad ekéctrica y microscopía electrónica. es Agregados al Proyecto Responsable Cedula Nombres Rol X 11742251 Álvaro Walter Calafat Silva Creador Actividades Asociadas al Proyecto Fecha Inicio Fecha Fin Responsables Descripción 28/09/2015 01/09/2017 Álvaro Walter Calafat Silva. Revisión Bibliográfica 05/10/2015 05/05/2017 Álvaro Walter Calafat Silva. Síntesis de GO y MGO 26/10/2015 30/06/2017 Álvaro Walter Calafat Silva. Caracterización de GO y MGO 09/11/2015 01/09/2017 Álvaro Walter Calafat Silva. Análisis de Resultados 08/02/2016 01/09/2017 Álvaro Walter Calafat Silva. Preparación de Publicaciones Página: 2/10
Resumen El siguiente proyecto tiene como objetivo principal la caracterización de las sustancias carbonáceas obtenidas a partir de bagazo de caña (SCB) pirolizado, siguiendo protocolos de síntesis empleadas en la obtención de óxido de grafito (GO) y óxido de grafito modificados (MGO). Se estudiarán los efectos de los parámetros de óxidación (relación m SCB/m KMnO 4, presencia de H 3 PO 4 en el medio de óxidación, temperaturas alcanzadas durante el proceso) y de reducción (agente reductor, temperatura), así como el efecto de las cenizas, en las propiedades de los sólidos obtenidos. Los sólidos preparados serán caracterizados mediante espectroscopía UV-Visible, difracción de rayos-x, conductividad ekéctrica y microscopía electrónica. Planteamiento del problema Se desea estudiar la factibilidad de obtener nanomateriales de carbono a partir del bagazo de caña con propiedades eléctricas interesantes para su aplicación en microelectrónica. Para tal fin se caracterizarán las sustancias carbonáceas obtenidas a partir de bagazo de caña pirolizado, siguiendo protocolos de síntesis empleadas en la obtención de óxido de grafito y óxido de grafito modificado. Objetivo General Caracterización de las sustancias carbonáceas obtenidas a partir de bagazo de caña pirolizado, siguiendo protocolos de síntesis empleadas en la obtención de óxido de grafito y óxido de grafito modificado. Objetivos Específicos Determinar los efectos de los parámetros de óxidación del bagazo de caña pirolizado en las propiedades de los sólidos obtenidos. Página: 3/10
Determinar los efectos de los parámetros de reducción de las sustancias obtenidas durante la oxidación en las propiedades de los materiales finales. Determinar el efecto de las cenizas presentes en el bagazo de caña pirolizado en las propiedades de los sólidos obtenidos luego de su oxidación y posterior reducción. Metodología El bagazo de caña pirolizado a 500 C y durante 15 min se oxidará siguiendo el método de reportado por Hummers y Offeman [8]. Se modificará la relación m SCB/m KMnO 4, se estudiarán los efectos del H 3 PO 4 en el medio de óxidación y de temperaturas alcanzadas durante el proceso. Los sólidos obtenidos en la oxidación del bagazo de caña pirolizado se reducirán empleando NaBH4, ácido ascórbico, glucosa o hidracina a diferentes temperaturas. Se estudiará el efecto de la naturaleza del agente reductor en las propiedades de los sólidos obtenidos. Los sólidos preparados serán caracterizados mediante espectroscopía UV-Visible, difracción de rayos-x, conductividad eléctrica y microscopía electrónica. 8. Hummers WS, Offeman RE. J Am Chem Soc (1958) 80: 1339. Hipótesis El bagazo de caña pirolizado es una materia prima adecuada para la obtención de óxidos de grafito y, posteriormente, para la preparación de óxidos de grafito modificados con propiedades eléctricas. Marco Teórico-Científico El grafeno es importante para estudios fundamentales y aplicaciones tecnológicas debido a su particular estructura y al amplio rango de propiedades inusuales que posee [9-12]. Las propiedades electrónicas del grafeno dependen fuertemente de su estructura, de tal manera que pequeñas variaciones en el número de capas resultan en Página: 4/10
cambios significativos de estas [13]. Por lo tanto, es importante explorar la producción a gran escala de grafeno con variaciones en el número de sus capas para su aplicación extensiva en diversos sectores. El óxido de grafeno (GO) ha recibido mucha atención recientemente como un nuevo nano material basado en carbono, el cual provee una ruta alternativa para la obtención de grafeno [10]. Éste es un material en capas del grosor de un átomo, producido mediante la oxidación de grafito. Estrucutralmente, GO es similar a las láminas de grafeno, diferenciándose aquel en la presencia grupos oxigenados decorando las aristas de las láminas. Dado que estos grupos son hidrofílicos, GO puede disolverse en agua y otros solventes, lo cual permite depósitos uniformes sobre una amplia gama de sustratos, lo que lo hace potencialmente útil en microelectrónica [14]. GO es un pobre conductor pero cuando se le reduce térmica o químicamente, o mediante luz, adquiere las propiedades del grafeno. Si bien el grafito, materia prima para la producción de GO, se consigue a costos muy bajos, el empleo de otros materiales de partida son de interés si de estos pueden obtenerse GO con propiedades particulares. Los desechos vegetales, por sus costos y características, son uno de ellos. La carbonización de estos desechos produce materiales carbonáceos en los cuales la estructura grafítica no posee el grado de cristalinidad del grafito, pudiendo producir, entonces, GO y GO reducidos con propiedades de interés para su uso en áreas particulares. Recientemente, el bagazo de caña ha sido empleado con éxito para la producción de nanomateriales carbonáceos [6]. 9. Gilje S, Han S, Wang M, Wang KL, Kaner R B. Nano Lett (2007) 7: 3394-3398. 10. Stankovich S, Dikin DA, Dommett GHB, Kohlhaas KM, Zimney EJ, Stach EA, Piner RD, Nguyen ST, Ruoff RS. Nature (2006) 442: 282-286. 11. Liang X, Fu Z, Chou SY. Nano Lett (2007) 7: 3840-3844. 12. Wang X, Zhi LJ, Tsao N, Tomovic Z, Li JL, Mullen K. Angew Chem Int Ed (2008) 47, 2990-2992. 13. Geim AK, Novoselov KS. Nature Mater (2007) 6: 183-191. Página: 5/10
14. Eda G, Fanchini G, Chhowalla M. Nat Nanotechnol (2008) 3: 270-274. Resultados Esperados Se espera determinar los parámetros de síntesis de GO y de MGO con propiedades eléctricas comparables a las reportadas en la literatura para estos materiales, a partir del bagazo de caña pirolizado. Referencias 1. Wang X, Zhi L, and Müllen K. Nano Lett (2007) 8: 323-327. 2. Liang J, Xu Y, Sui D, Zhang L, Huang Y, Ma Y, Li F, Chen Y. J Phys Chem C (2010) 114: 17465-17471. 3. Bunch JS, van der Zande AM, Verbridge SS, Frank IW, Tanenbaum DM, Parpia JM, Craighead HG, McEuen PL. Science (2007) 315: 490-493. 4. Eda G, and Chhowalla M. Nano Lett (2009) 9: 814-818. 5. Mohanty N, Berry V. Nano Lett (2008) 8: 4469-4476. 6. Alves JO, Soares Tenório JA, Zhuo C, Levendis YA. J Materials Res Tech (2012) 1: 31-34. 7. Ramírez V, Lozada, G, Arellano J, Calderón M, Andrade C. Revista Ciencia e Ingeniería, Edición Especial: Jornada de Modelado y Simulación (2011) 61-72. 8. Hummers WS, Offeman RE. J Am Chem Soc (1958) 80: 1339. 9. Gilje S, Han S, Wang M, Wang KL, Kaner R B. Nano Lett (2007) 7: 3394-3398. 10. Stankovich S, Dikin DA, Dommett GHB, Kohlhaas KM, Zimney EJ, Stach EA, Piner RD, Nguyen ST, Ruoff RS. Nature (2006) 442: 282-286. Página: 6/10
11. Liang X, Fu Z, Chou SY. Nano Lett (2007) 7: 3840-3844. 12. Wang X, Zhi LJ, Tsao N, Tomovic Z, Li JL, Mullen K. Angew Chem Int Ed (2008) 47, 2990-2992. 13. Geim AK, Novoselov KS. Nature Mater (2007) 6: 183-191. 14. Eda G, Fanchini G, Chhowalla M. Nat Nanotechnol (2008) 3: 270-274. Impacto en la Sociedad Desarrollo de la industria nacional en áreas de nanotecnología y nuevos materiales. Pertinencia Desarrollo del secto secundario de la economía regional y nacional. Impacto Ambiental Productos de desecho con sustancias altamente oxidantes. Sistemas de tratamientos de aguas y recuperación de metales. Beneficios Conocimiento básico y aplicado para el sector tecnológico nacional en las áreas de nanomateriales. Presupuesto Váticos Beneficiario Justificación Días del Viaje Medio de Traslado Lugar Destino Mes/Año de Ejecución del Gasto Total Bs Página: 7/10
Beneficiario Justificación Annual World Conference on Carbon Caracterización de muestras Caracterización de muestras Caracterización de muestras Caracterización de muestras Caracterización de muestras Días del Viaje Medio de Traslado 8 Aéreo Lugar Destino State College, Pennsylvania, USA Mes/Año de Ejecución del Gasto Total Bs 07/2016 600.000,00 3 Aéreo USB, Caracas 10/2015 9.000,00 3 Aéreo USB, Caracas 04/2016 15.300,00 3 Aéreo USB, Caracas 09/2016 15.300,00 3 Aéreo USB, Caracas 03/2017 26.000,00 3 Aéreo USB, Caracas 07/2017 26.000,00 TRANSPORTE Beneficiario Justificación Annual World Conference on Carbon Caracterización de muestras Caracterización de muestras Caracterización de muestras Caracterización de muestras Caracterización de muestras Días del Viaje Mes/Año Medio de Traslado Lugar Destino Ejecución del Gasto 8 Aéreo State College, Pennsylvania, USA Total Bs 07/2016 180.000,00 3 Aéreo USB, Caracas 10/2015 4.000,00 3 Aéreo USB, Caracas 04/2016 6.800,00 3 Aéreo USB, Caracas 09/2016 6.800,00 3 Aéreo USB, Caracas 03/2017 11.500,00 3 Aéreo USB, Caracas 07/2017 11.500,00 MATERIALES Página: 8/10
Descripción Cantidad Precio Unitario Monto Total Bs H 2 SO 4 95-98% 2,5 L 32.032,00 32.032,00 10/2015 H 3 PO 4 85% 2,0 kg 18.300,00 36.600,00 10/2015 H 2 O 2 1,0 L 45.890,00 45.890,00 10/2015 KMnO 4 > 99% 1,0 kg 20.370,00 40.740,00 10/2015 Hidracina > 98% 200 g 51.300,00 102.500,00 10/2015 NaBH 4 500 g 118.950,00 118.950,00 10/2015 Grafito 2,5 kg 20.820,00 20.820,00 10/2015 Etilenglicol 2,0 L 37.650,00 37.650,00 10/2015 Nitrógeno líquido 30,0 L 112,00 112,00 10/2015 Nitrógeno líquido 30,0 L 112,00 112,00 03/2016 Nitrógeno líquido 30,0 L 112,00 112,00 07/2016 Nitrógeno líquido 30,0 L 112,00 112,00 11/2016 Nitrógeno líquido 30,0 L 112,00 112,00 03/2017 Nitrógeno líquido 30,0 L 112,00 112,00 07/2017 Mes/Año de Ejecución del Gasto Descripción SERVICIOS NO PERSONALES Cantidad Precio Unitario Mono Total Bs Mes/Año de Ejecución del Gasto Difracción de rayos-x 5 2.250,00 11.250,00 10 4 9 3 7/2015 Difracción de rayos-x 5 2.655,00 13.275,00 04/2016 Difracción de rayos-x 5 2.655,00 13.275,00 09/2016 Difracción de rayos-x 5 3.133,00 15.664,50 03/2017 Difracción de rayos-x 5 3.133,00 15.664,50 07/2017 Microscopía Electrónica Microscopía Electrónica Microscopía Electrónica 1 4.500,00 4.500,00 10/2015 1 5.310,00 5.310,00 04/2016 1 5.310,00 5.310,00 09/2016 Página: 9/10
Descripción Microscopía Electrónica Microscopía Electrónica Cantidad Precio Unitario Mono Total Bs 1 6.266,00 6.266,00 03/2017 1 6.266,00 6.266,00 07/2017 Mes/Año de Ejecución del Gasto Descripción Monto (Bs.) Viaticos 691600 Hospedaje 0 Alimentación 0 Transporte 220600 Materiales 2.41957e+06 Servicios no personales 569488 Total Presupuesto: Bs.3901258 Página: 10/10