Orientador: José de Alencar Simoni

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química

Resumo: Este trabalho apresenta a síntese e caracterização de compostos silsesquioxanos gaiola cúbica (POSS) com cadeias orgânicas pendentes. O projeto foi iniciado com a idéia de sintetizar os silsesquioxanos cúbicos com cadeias organofuncionalizadas ancoradas, capazes de capturar os metais...

Resumo: Este trabalho apresenta a síntese e caracterização de compostos silsesquioxanos gaiola cúbica (POSS) com cadeias orgânicas pendentes. O projeto foi iniciado com a idéia de sintetizar os silsesquioxanos cúbicos com cadeias organofuncionalizadas ancoradas, capazes de capturar os metais pesados, corantes e CO2. Mas foram enfrentadas algumas dificuldades como baixo rendimento (30-37%) e longo tempo de reação (5-35 dias). As reações foram investigadas para melhorar o rendimento, bem como para reduzir o tempo de reação. Algumas modificações em rotas de reação foram introduzidas, o que trouxe melhorias notáveis nos resultados, onde o rendimento aumentou cerca de 64 % e o tempo de reação foi reduzido para 24 horas em média. Na sequência, os produtos sintetizados foram caracterizados para elucidar suas estruturas, utilizando diferentes técnicas físicas tais como FTIR, CHN, XRD, MEV, TGA, 13CNMR e 29SiNMR no estado sólido, onde as gaiolas Si-O de todos os compostos foram evidenciadas por meio de 29SiRMN e dos seus espectros de FTIR, enquanto as cadeias ancorados às gaiolas de POSS foram confirmadas utilizando os resultados de 13CRMN, juntamente com seus respectivos espectros de FTIR. Os compostos sintetizados também foram testados quanto à sua estabilidade térmica utilizando a técnica de TGA. Após a otimização da síntese de silsesquioxanos cúbicos, os híbridos PAA-13-3, PAA-MTC e PAA-Ph foram avaliados por suas habilidades de captação de cátions bivalentes, tais como Cu2+, Cd2+ e Pb2+ de suas soluções aquosas, sendo que o Cu2+ apresentou maior afinidade de sorção em relação aos dois metais. Estes sistemas de sorção foram analisados através ICP-OES. Para explicar o comportamento de sorção destas amostras alguns modelos estatísticos como Langmuir, Freundlich, Temkin e Redlich-Peterson foram aplicadas, onde os dados de sorção de Cu2+ em PAA-13-3 foram melhor ajustados pelo modelo Langmuir, mostrando ser uma sorção monocamada, enquanto que no caso do PAA-MTC e PAA-Ph modelo de melhor ajuste foi o Freundlich, confirmando a sorção de múlti camadas. Um dos materiais sintetizados (PAA-13-3) foi avaliado quanto à sua capacidade de adsorver CO2 gasoso, mostrando-se promissor na remoção de CO2, mesmo a baixas pressões (máx. 100 mm Hg). A adsorção de CO2 no material também foi estudada por calorimetria de adsorção gás-sólido, em um calorímetro especialmente desenvolvido para tal, observando-se valores de entalpia de adsorção entre -36 e -7 kJ mol-1

Abstract: This report presents the synthesis and characterization of POSS compounds having cubic silsesquioxane cage to which the organic pendant chains are anchored. The project was started with the idea to synthesize the cubic silsesquioxanes with organofunctionalized pendant chains, which are...

Abstract: This report presents the synthesis and characterization of POSS compounds having cubic silsesquioxane cage to which the organic pendant chains are anchored. The project was started with the idea to synthesize the cubic silsesquioxanes with organofunctionalized pendant chains, which are able to capture heavy metals, dyes and some acids like CO2. But in the beginning the hurdles like low % yields (30-37 %) and long reaction times (5-35 days) were to be faced. The reactions were worked out to enhance the % yields as well as to reduce the reaction time. Some modifications in reaction routes have been introduced, which brought up remarkable improvements in the results, where yield was increased upto 64 % and reaction time was reduced to 1 day. All the synthesized products were then characterized for their structure elucidations using different physical techniques like FTIR, CHN, TGA, 13CNMR & 29SiNMR in solid state, where Si¿O cages of all compounds were elaborated through 29Si-NMR in solid state as well as through their respective FTIR patterns, while the pendant chains anchored to the POSS cages were confirmed using 13C-NMR results along with their respective FTIR spectra. The synthesized compounds were then tested for their thermal stability using the TGA technique. After optimizing the synthesis of cubic silsesquioxanes, hybrids PAA-13-3, PAA-MTC and PAA-Ph were worked out for their abilities of capturing divalent cations like Cu2+, Cd2+ and Pb2+ from their aqueous solutions, where Cu2+ showed higher affinity of sorption than other two bivalent metals. These sorption systems were analyzed using the ICP-OES. To explain the sorption behaviour of these samples some statistical models like Langmuir, Freundlich, Sips, Temkin and Redlich-Peterson were applied to the sorption data, where the data for Cu2+ on to PAA-13-3 was best fitted by Langmuir adsorption isotherm model showing the sorption to be monolayer, while in case of PAA-MTC and PAA-Ph Freundlich model was found to be a best fit, confirming multilayer sorption. One of the synthesized materials (PAA-13-3) was also evaluated for its ability to adsorb gaseous CO2 and was proved to be promising in removing CO2, even at low pressures (max. 100 mmHg). The adsorption of CO2 in the material is also studied by solid-gas adsorption calorimetry through a calorimeter especially developed for this system, where enthalpy of adsorption values were found to be between -7 and -36 kJ mol-1