Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO
Química - Ciência e Tecnologia da Sustentabilidade (33009015075P4)
ESTUDO DAS INTERAÇÕES ENTRE OURO COLOIDAL E ÓXIDOS DE ÍTRIO E TITÂNIO
VICTOR HILDEBRAND ROSAS
DISSERTAÇÃO
15/03/2016

Os fenômenos de homoagregação (agregação entre partículas idênticas) e agregação mútua (agregação entre partículas coloidais distintas) são estudados há décadas e, com o grande avanço no entendimento desses fenômenos, os conceitos envolvidos nos mesmos estão cada vez mais presentes nos processos industriais e nas nanociências.Nesta dissertação, o processo de homoagregação em dispersões aquosas de AuNP, estudado em função do pH e da força iônica do meio, bem como os processos de agregação mútua em dispersões aquosas mistas de AuNP e Y2O3 e AuNP e TiO2 foram monitorados por espectroscopia de ressonância de plasmon de superfície localizado (LSPR), visando a obtenção de informações cinéticas e termodinâmicas a respeito dos mesmos. A caracterização das dispersões aquosas de AuNP e dos óxidos inorgânicos foi feita por espectroscopia LSPR na região do visível, espalhamento de luz dinâmico e eletroforético (DLS e ELS, respectivamente) e microscopias eletrônicas de transmissão (TEM) e varredura (SEM). Os experimentos de agregação empregaram (i) AuNP aproximadamente esféricas, com diâmetro médio de 23 ± 4 nm e potencial zeta de cerca de -35 mV na faixa de pH de 3 a 9; (ii) partículas irregulares de Y2O3, com diâmetro médio aparente de cerca de 600 ± 180 nm e ponto isoelétrico (IEP) em pH 8,2 ± 0,1 e (iii) partículas esféricas de TiO2, com diâmetro médio de 170 ± 20 nm e IEP em pH pH 5,8 ± 0,6. Os estudos de cinética de homoagregação de AuNP forneceram informações sobre a velocidade inicial dos processos em função do pH e da concentração de NaCl, possibilitando a obtenção de fatores de estabilidade das dispersões de AuNP e da concentração crítica de NaCl para a agregação das AuNP. Os estudos de cinética de agregação mútua entre AuNP e Y2O3 e AuNP e TiO2 em pH 3,5 forneceram constantes de velocidade aparente para os processos, deixando claras as diferenças entre os mesmos. A adsorção específica de íons Y+3, provenientes da solubilização do Y2O3 em pH 3,5, provavelmente seja um dos principais diferenciadores entre a agregação mútua das AuNP com Y2O3 e com TiO2. Isotermas de agregação mútua entre AuNP e Y2O3 em pH 3,5, obtidas em diferentes temperaturas, indicam que o processo é espontâneo, endotérmico e que ocorre com aumento de entropia. O perfil das isotermas, desprovido de um patamar indicativo de cobertura máxima das partículas de Y2O3 pelas AuNP, sugere que as nanopartículas se depositem na forma de agregados, ou que a deposição das AuNP na superfície das partículas maiores de Y2O3 favoreça a agregação das mesmas na própria superfície do óxido. Os resultados experimentais foram racionalizados em termos de generalizações da Teoria de Mie da Extinção de Luz por Partículas Metálicas e da Teoria DLVO da Estabilidade Coloidal, sendo possível justificar, através destas teorias, grande parte das observações feitas.

Nanopartículas de ouro, Y2O3, TiO2, Agregação Mútua, Teoria DLVO.
Many practical applications of gold nanoparticles (AuNP), such as detection, monitoring and pollution remediation of waters and soils, in addition to diagnosis and treatment of diseases, are based on the nature and magnitude of interactions between AuNP and different molecules, molecular aggregates or other colloidal particles, that occur in adsorption and mutual aggregation processes. Homoaggregation phenomena (aggregation between identical particles) and mutual aggregation (aggregation between different colloidal particles) have been studied for decades and, considering the fact that great advances have been achieved in understanding these phenomena, the presence of this new knowledge has been growing ever since in the fields of industrial processes and nanosciences. In this dissertation, homoaggregation of aqueous dispersions of AuNP has been studied as a function of media pH and ionic strength. In addition, studies of mutual aggregation between AuNP and Y2O3, on the one hand, and AuNP and TiO2, on the other hand, were undertaken. Localized surface plasmonic resonance (LSPR) spectroscopy was utilized in order to obtain kinetic and thermodynamic information concerning the aggregation experiments. Characterization of the aqueous dispersions of AuNP and inorganic oxides was achieved by LSPR spectroscopy in the visible region, dynamic and electrophoretic light scattering (DLS and ELS, respectively), and by transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). Aggregation experiments were performed with (i) approximately spherical AuNP having a mean diameter of 23 + 4 nm and a zeta potential around -35 mV in the pH range from 3 to 9; (ii) irregular Y2O3 particles presenting an apparent mean diameter of 600 + 180 nm and an isoelectric point (IEP) at pH = 8.2 + 0.1 and (III) spherical TiO2 particles having a mean diameter of 170 + 20 nm with an IEP at pH = 8.2 + 0.1. AuNP homoaggregation kinetic studies yielded information concerning the initial rate of the process as a function of pH and NaCl concentrations, enabling the obtainment of the stability factors of the AuNP dispersions and the NaCl critical concentration for the process of AuNP aggregation. Mutual aggregation kinetic studies between AuNP and Y2O3, and AuNP and TiO2, at pH 3.5, yielded apparent rate constants that showed very clearly the differences between the processes. Specific adsorption of Y+3 ions, originated from Y2O3 solubilization at pH 3.5, is probably the main factor that explains the differences observed for the experiments of mutual aggregation between AuNP with Y2O3 and with TiO2. Mutual aggregation isotherms between AuNP and Y2O3 at pH 3.5, obtained at different temperatures, indicate that the process is spontaneous, endothermic and that it proceeds with an increase of entropy. The isotherms profiles, which do not present typical plateaus of maximum coverage of Y2O3 particles by AuNP, suggests that either the nanoparticles deposit in the form of aggregates on the Y2O3 particles or that deposition of AuNP on the surface of Y2O3 favors additional aggregation of the nanoparticles onto the oxide’s surface. Our experimental results were rationalized in terms of generalizations of Mie’s theory of light extinction by metallic particles and the DLVO theory of colloidal stability. Great part of our observations can be justified by these theories.
Gold Nanoparticles, Y2O3, TiO2, Mutual Aggregation, DLVO theory.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO
O trabalho não possui divulgação autorizada

Contexto

CIÊNCIAS DA SUSTENTABILIDADE
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Banca Examinadora

CAROLINA VAUTIER TEIXEIRA GIONGO
DOCENTE - COLABORADOR
Não
Nome Categoria
CELIZE MAIA TCACENCO Participante Externo
ROSELI KUNZEL Participante Externo
LUCIANO CASELI Docente - PERMANENTE

Vínculo

CLT
Outros
Profissional Autônomo
Não