Fisissorção do etanol em nanotubos de carbono de borda aberta

Moraes, Italo Redondo de

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Título:	Fisissorção do etanol em nanotubos de carbono de borda aberta
Título(s) alternativo(s):	Ethanol physisorption on open-ended carbon nanotubes
Autor(es):	Moraes, Italo Redondo de
Orientador(es):	Rigo, Vagner Alexandre
Palavras-chave:	Álcool Engenharia mecânica Equações Alcohol Mechanical engineering Equations
Data do documento:	30-Dez-2024
Editor:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus:	Cornelio Procopio
Citação:	MORAES, Italo Redondo de. Fisissorção do etanol em nanotubos de carbono de borda aberta. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2024.
Resumo:	Nanotubos de Carbono (NTC) são considerados como elementos promissores para atuar como nanocanais visando a separação de soluções azeotrópicas, destacando-se misturas água e etanol. Sabe-se que nanocanais formados por NTC com diâmetros de aproximadamente 1 nanometro apresentam uma afinidade mais pronunciada com moléculas de etanol, exibindo uma estabilização em termos da energia total do sistema. Neste contexto, forças de van der Waals atuam no etanol quando este se encontra na entrada dos NTC. Entretanto, existem questões em aberto quanto aos detalhes químicos e físicos da interação de moléculas de etanol com as paredes dos NTC. Desta forma, o presente estudo utilizou a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) com correções de van der Waals para avaliar a interação de moléculas de etanol com Nanotubos de Carbono com bordas abertas, passivadas com átomos de Hidrogênio. Os NTCs considerados apresentam 8,44 Å de diâmetro e 16,64 Å em comprimento. Inicialmente avaliou-se a estrutura do NTC e do etanol de forma isolada, na fase gasosa. Obteve-se que o NTC mostra ligações C-C com 1,38 Å e 1,42 Å na borda e ao centro da estrutura do nanotubo de carbono, respectivamente. A molécula de etanol apresenta 1,44 Å como distancia de ligação C-O, com um ângulo de 108,5 graus entre os átomos C-O-H. Os resultados mostraram ainda que uma força fraca, da ordem de magnitude das forças van der Waals, atua no sentido de atrair a molécula para o interior do NT quando ela se encontra na abertura do nanotubo de carbono. Quando no interior da estrutura, se verificou que a ligação C-C molécula de etanol fica orientada ao longo do eixo central do NT, aproximadamente no centro da estrutura. Notou-se uma estabilização de cerca de 0,4 eV quando o etanol é deslocado da borda ao centro do nanotubo de carbono, sendo que essa redução de energia é devida à contribuição das forças de van der Waals, mostrando que a interação etanol-NTC ocorre predominantemente pela fisissorção da molécula no NTC. Por outro lado, se verificou que a interação química, mediante troca de carga (reforço do caráter covalente da ligação), é mais intensa na borda do nanotubo. As informações apresentadas são úteis no entendimento da interação entre moléculas de etanol e nanotubos de carbono e podem servir como base para futuros estudos envolvendo nanofiltros de etanol baseados em nanoestruturas.
Abstract:	Carbon nanotubes (NTC) are considered promising candidates to act as filtration elements for azeotropic solutions, especially water-ethanol mixtures. Nanochannels formed by NTC with diameters of approximately 1 nanometer show a pronounced affinity with ethanol molecules, exhibiting an energetic stabilization. Further, van der Waals forces are relevant interactions when the ethanol molecule is at the entrance of NTC. However, there are open questions regarding the chemical and physical interactions between ethanol molecules and the NTC structure. The present study used the Density Functional Theory (DFT), including van der Waals corrections, to evaluate the interaction of ethanol molecules with open-edge carbon nanotubes. The considered NTC presents H-passivated edges and exhibits 8.44 Å in diameter and 16.64 Å in length. On the gas phase, the NTC shows C-C bonds with 1.38 Å and 1.42 Å at the edge and centre of the carbon nanotube structure, respectively. The ethanol molecule shows a C-O bond with 1.44 Å, with an angle of 108.5 degrees between the C-O-H atoms. Results also show that a weak force attracts the ethanol molecule into the NT. Further, the ethanol C-C bond is oriented along the NTC central axis, while the molecule is approximately in the centre of the structure. A stabilization of around 0.4 eV was noted when ethanol was moved from the edge to the centre of the carbon nanotube, with this energy reduction due to the contribution of van der Waals forces. Such results indicate an ethanol physisorption on the NTCs. On the other hand, it was found that the chemical interaction, through charge exchange (covalent character reinforcement), is more intense at the edge of the nanotube. The information presented helps us understand the interaction between ethanol molecules and carbon nanotubes and can serve as a basis for future studies involving ethanol nanofilters based on nanostructures.
URI:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36078
Aparece nas coleções:	CP - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

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