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Title: Estudo das propriedades magnéticas de compósitos de vermiculita tratada com diferentes fluidos magnéticos
Authors: Silva, Dieime Custódia da
Orientador(es):: Morais, Paulo César de
Coorientador(es):: Skeff Neto, Kalil
Assunto:: Fluidos magnéticos - física
Magnetismo
Vermiculita
Issue Date: 3-Dec-2014
Citation: SILVA, Dieime Custódia da. Estudo das propriedades magnéticas de compósitos de vermiculita tratada com diferentes fluidos magnéticos. 2014. 184 f., il. Tese (Doutorado em Física)—Universidade de Brasília, Brasília, 2014.
Abstract: Fluidos magnéticos (FMs) são suspensões coloidais estáveis, que consistem em nanopart ículas magnéticas suspensas em um líquido carreador, que pode ser orgânico ou inorgânico. As nanopartículas magnéticas investigadas nessa tese são ferritas cúbicas que apresentam um comportamento magnético, que varia em função da temperatura e do diâmetro. Além de numerosas aplicações industriais e biomédicas, FMs podem ser utilizados com sucesso para introduzir nanopartículas magnéticas em matriz de certos materiais. Dentre as aplicações industriais com a utilização de FMs, uma possível será a vermiculita magnética, objeto da patente PI0513014-0A de 31-08-2005, (LIMA, 2008). O foco principal do uso das nanopartí- culas magnéticas na vermiculita está na possibilidade do aumento da e_ciência, pelo método de separação magnética, no processo de retirada de óleos (como o petróleo) e metais pesados derramados em água, em grande escala, como em casos de desastres ecológicos em rios e mares, e a possibilidade do reaproveitamento do material utilizado e removido da água. Assim, nesse trabalho estudou-se o comportamento magnético de compósitos de vermiculita expandida mineral (VM) tratada com diferentes FMs. As análises concentram-se em dois compósitos magnéticos (CMs) e três FMs. Os FMs utilizados foram: FMI (fluido magnético iônico - I), FM1 (fluido magnético iônico - 1) e FMB1 (fluido magnético com bicamada surfactada - 1). Os CMs utilizados foram: VFM1-24h (vermiculita tratada com o FM1 por um tempo de 24h de adsorção) e VFMB1-24h (vermiculita tratada com o FMB1 por um tempo de 24h de adsorção). O FMB1 é constituído de nanopartículas magnéticas revestidas com dupla camada surfactada e dispersas em água destilada. As amostras dos FMs contêm nanopartí- culas de óxido de ferro maghemita (-Fe2O3) obtidas pela oxidação da magnetita (Fe3O4) e foram preparadas pelo método de coprecipitação química. Nessa tese foram feitas caracteriza ção estrutural e microscópica das nanopartículas na forma de pós utilizando a Difração de Raios-X, para obter informações sobre a formação das nanopartículas; Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), para obter informações acerca dos diâmetros médios e polidispersão das nanopartículas e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), para obter informação da composição da vermiculita mineral. Ademais, as propriedades magneto-ópticas dos FMs foram investigadas utilizando a técnica de Birrefringência Magnética Estática (BME) enquanto as propriedades magnéticas (fluidos e compósitos magnéticos) foram investigadas por meio da técnica de Magnetização - Magnetometria de Amostra Vibrante - VSM (Foner). As medidas de curvas de Magnetização (MXH) dos CMs e FMs foram obtidas em três temperaturas, de hélio líquido à ambiente, revelando diferentes parâmetros magnéticos. Para a análise dos dados de BME e MXH foi utilizado um modelo de ajuste que leva em consideração estruturas de aglomerados (dímeros, trímeros, etc) e partículas isoladas. Assim, através dos ajustes dos dados de MXH, utilizando-se uma função Langevin de primeira ordem modificada, foi possí- vel observar o comportamento magnético nesses materiais e a sua resposta magnética quando submetidos a baixos valores de campos magnéticos. Em particular, as análises dos dados de magnetização indicam a presença de partículas isoladas e aglomerados, de acordo com o meio hospedeiro e de acordo com a temperatura em que as nanopartículas são submetidas.
Abstract: Magnetic fluids ( MFs ) are stable colloidal suspensions, comprising magnetic nanoparticles suspended in a carrier liquid which can be organic or inorganic. The employed magnetic nanoparticles are cubic ferrites, revealing magnetic behavior that varies depending on the temperature and size. In numerous industrial and biomedical applications, MFs can be used successfully to introduce magnetic nanoparticles into diferent templates. Among the industrial applications using MFs one emphasizes the production of magnetic vermiculite, described in the PI0513014 - 0A of 31-08-2005 (LIMA, 2008) patent. The main focus of the use of magnetic nanoparticles encapsulated within vermiculite is to enhance the eficiency of the magnetic separation process, mainly applied for oil and heavy metals removal out from water bodies, such as in ecological disasters, and the vary possibility of recycling the composite material for further use. Thus, in this work we studied the magnetic behavior of composites based on thermal expanded mineral vermiculite (MV) after treatment with diferent MFs. The analysis was focused on three MFs and two magnetic composites (MCs). The used MFs were: IMF (ionic magnetic fluid - I), MF1 (ionic magnetic fluid - 1) and MFB1 (magnetic fluid bilayer with surfactada - 1). The used MCs were: VMF1-24h (vermiculite treated with MF1 for a time of 24 hours adsorption) and VMFB1-24h (vermiculite treated with MFB1 for a time of 24 hours adsorption). The MFB1 is composed of magnetic nanoparticles surface-coated with a double molecular layer and dispersed in distilled water. The MFs samples containing iron oxide nanoparticles of maghemite (-Fe2O3) obtained by oxidation of magnetite (Fe3O4), were prepared by chemical co-precipitation. In this thesi structural and morfological characterization of the nanoparticles were made using X- ray di_raction and Transmission Electron Microscopy (TEM), the latter providing information about the average size and size dispersity. Scanning Electron Microscopy (SEM) was used to assess the composition of the mineral vermiculite. The magneto-optical properties of the MFs were investigated using the Static Magnetic Birefringence (SMB) technique whereas the magnetic properties (MFs and MCs) were investigated using Magnetization measurements - Vibrating Sample Magnetometer - VSM (Foner). The magnetization curves (MXH) of MFs and MCs were obtained at three temperatures, from liquid helium to room temperature, revealing difierent magnetic parameters. For the analysis of the SMB and MXH data a fitting model taking into account clusters (dimers, trimers, etc.) and individual particles was used. The MXH data were fitted using a modifed first-order Langevin function, thus assessing the materials' magnetic behavior and their magnetic response at lower magnetic field. In particular, the magnetization data's analysis indicates the presence of both isolated particles and agglomerates, influenced by the nature of the hosting template and the temperature to which the nanoparticles are subjected.
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2014.
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