Estudio teórico-experimental de las propiedades interfaciales de materiales basados en óxido de grafeno en sistemas de agua y aceite

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dc.contributor.advisorMejía Ospino, Enrique
dc.contributor.advisorCabanzo Hernández, Rafael
dc.contributor.authorArenas Blanco, Brayan Alberto
dc.contributor.evaluatorPercebom, Ana María
dc.contributor.evaluatorGarcía García, Alejandra
dc.contributor.evaluatorAriza Calderón, Hernando
dc.contributor.evaluatorMercado Ojeda, Ronald Alfonso
dc.contributor.evaluatorQuintero Orozco, Jorge Hernán
dc.date.accessioned2023-05-08T13:56:28Z
dc.date.available2023-05-08T13:56:28Z
dc.date.created2023-05-03
dc.date.issued2023-05-03
dc.description.abstractEn 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.
dc.description.abstractenglishIn this research, an experimental and computational methodology was developed for the study of the interfacial activity of Graphene Oxide (GO) and amino modified Graphene Oxide in water and toluene systems. The steps for the development of the experimental part were as follows: 1) GO synthesis by chemical exfoliation of graphite by Hummers' modified method, 2) In situ functionalization of GO with n-propylamine (GO@3C) and n-dodecylamine (GO@12C), 3) Characterization of the obtained materials by FTIR spectroscopic techniques, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction and Scanning Electron Microscopy, 4) Interfacial tension measurement by the hanging drop method for the Water/Toluene/Material systems and, finally, 5) Measurement of the contact angle between water and nanomaterial by the sessile drop method. The results obtained from the spectroscopic analyses confirmed the covalent functionalization of GO with alkylamines. Measurements performed by the hanging drop and sessile drop method allowed determining the effect of the structural modification of GO on the interfacial properties of the Water/Toluene system, decreasing the interfacial tension of the system as a function of concentration according to Traube's rule and increasing the hydrophobicity of GO as the aliphatic chain length of the alkylamine grows. For the computational part, Molecular Dynamics simulations were performed using LAMMPS software. The interfacial tension of the Water/Toluene system was calculated by Kirkwood-Buff theory, varying the number of sheets and aliphatic chain length of GO. Contact angle calculations were performed by obtaining the perfil density of a water droplet deposited on the surface of each material for a range of aliphatic chain lengths from one to 12 carbon atoms. Interfacial tension calculations showed that the modified amino GO tends to decrease the interfacial tension of the system when the aliphatic chain lengths are long and when the number of sheets increases. Finally, contact angle measurements between the water and the material surface showed that the hydrophilicity of the GO decreases as the aliphatic chain length and the percentage of functionalization increases.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000032380
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Física
dc.description.googlescholarhttps://scholar.google.com/citations?user=-bmrXzAAAAAJ&hl=es&oi=sra
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5808-2799
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/14244
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ciencias
dc.publisher.programDoctorado en Física
dc.publisher.schoolEscuela de Física
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectÓxido de grafeno
dc.subjectTensión interfacial
dc.subjectMojabilidad
dc.subjectAlquilaminas
dc.subjectDinámica molecular
dc.subject.keywordGraphene Oxide
dc.subject.keywordInterfacial Tension
dc.subject.keywordWettability
dc.subject.keywordAlkylamines
dc.subject.keywordMolecular Dynamics
dc.titleEstudio teórico-experimental de las propiedades interfaciales de materiales basados en óxido de grafeno en sistemas de agua y aceite
dc.title.englishTheoretical-Experimental Study of the Interfacial Properties of Graphene Oxide-Based Materials in Oil-Water Systems
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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