Estudio teórico-experimental de las propiedades interfaciales de materiales basados en óxido de grafeno en sistemas de agua y aceite
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Date
2023-05-03
Authors
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Publisher
Universidad Industrial de Santander
Abstract
En esta investigación, se desarrolló una metodología experimental y computacional para el estudio de la actividad interfacial del Óxido de Grafeno (GO) y Óxido de Grafeno amino modificado en sistemas de agua y tolueno. Las etapas para el desarrollo de la parte experimental fueron las siguientes: 1) Síntesis de GO por exfoliación química de grafito por el método modificado de Hummers, 2) Funcionalización in situ del GO con n-propilamina (GO@3C) y n-dodecilamina (GO@12C), 3) Caracterización de los materiales obtenidos por las técnicas espectroscópicas FTIR, espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, Difracción de rayos X y Microscopia Electrónica de Barrido, 4) Medición de la tensión interfacial por el método de la gota colgante para los sistemas Agua/Tolueno/Material y, por último, 5) Medición del ángulo de contacto entre el agua y nanomaterial mediante el método de la gota sésil. Los resultados obtenidos de los análisis espectroscópicos confirmaron la funcionalización covalente del GO con las alquilaminas. Las medidas realizadas por el método de la gota colgante y la gota sésil permitieron determinar el efecto de la modificación estructural del GO sobre las propiedades interfaciales del sistema Agua/Tolueno, disminuyendo la tensión interfacial del sistema en función de la concentración de acuerdo con la regla de Traube y aumentando la hidrofobicidad del GO a medida que la longitud de la cadena alifática de la alquilamina crece. Para la parte computacional, se realizaron simulaciones por Dinámica Molecular utilizando el software LAMMPS. La tensión interfacial del sistema Agua/Tolueno fue calculada mediante la teoría de Kirkwood-Buff, variando el número de hojas y longitud de cadena alifática del GO. Los cálculos de ángulo de contacto fueron realizados mediante la obtención del perfil de densidad de una gota de agua depositada sobre la superficie de cada material para un rango de longitudes de cadena alifática desde uno hasta 12 átomos de carbono. Los cálculos de tensión interfacial mostraron que el GO amino modificado tiende a disminuir la tensión interfacial del sistema cuando las longitudes de las cadenas alifáticas son largas y cuando el número de hojas aumenta. Finalmente, las medidas de ángulo de contacto entre el agua y la superficie del material mostraron que la hidrofilicidad del GO decrece a medida que la longitud de cadena alifática y el porcentaje de funcionalización aumenta.
Description
Keywords
Óxido de grafeno, Tensión interfacial, Mojabilidad, Alquilaminas, Dinámica molecular