Obtenção de produtos carbonáceos por eletrólise de carbonato de lítio

Abstract

O dióxido de carbono é principal gás de efeito estufa que contribui para mudança climática e é inserido na atmosfera também por ação antropogênica. Contudo, é possível removê-lo do ar e usá-lo como matéria-prima para a produção de produtos carbonáceos, inclusive nanotubos de carbono. Motivado por este cenário, este trabalho investigou a influência da adição de nitrato de zinco e nitrato de cobre, em teores de 1 e 5 % em relação à massa do eletrólito Li2CO3 na síntese via eletrólise de estruturas de carbono como produto catódico. A eletrólise foi realizada nas seguintes condições: temperatura de 770°C, reator com atmosfera natural, pré-eletrólise de 30 minutos e corrente de 0,01 A anterior à eletrólise principal com duração de 2 h e corrente de 1 A. Com referência nos resultados do espectro Raman e micrografias, as condições de tipo e teor dos aditivos que possibilitaram a síntese da amostra de maior qualidade estrutural e mais semelhantes a fibras e tubos (5% de nitrato de cobre) foram escolhidas para avaliar a influência da atmosfera do reator em outras duas condições: dióxido de carbono e nitrogênio gasosos. Os produtos catódicos para ambos teores de nitrato de cobre foram micro e nanofibras. Nas condições de eletrólito puro e com nitrato de zinco, foram obtidas microesferas. Utilizando 5% de nitrato de zinco, foram obtidas microesferas e nanobastões. A atmosfera de nitrogênio parece ter o mesmo efeito da atmosfera natural no tipo e qualidade de estruturas obtidas nessas condições. Já o efeito da atmosfera de dióxido de carbono levou a formação de microplacas amorfas.

Carbon dioxide is the principal greenhouse gases which contributes to climate change and is also released into atmosphere due human activities. However, it is feasibly to remove this gas from atmosphere and use it as resource in the synthesis of carbon products, including carbon nanotubes. Motivated by this scenario, this work investigated the influence of the addition of zinc nitrate and copper nitrate, 1 and 5% in relation to the mass of the Li2CO3 electrolyte, in the synthesis via electrolysis of carbon structures, as a cathodic product. The electrolysis was performed under the following conditions: temperature of 770 °C, reactor with natural atmosphere, pre-electrolysis of 30 minutes and current of 0.01 A prior to the main electrolysis, with duration of 2 hours and applied current of 1 A. With reference to the results of the Raman spectrum and SEM images, the type and content of the additives that enabled the synthesis of the sample of higher structural quality and more similar to fibers and tubes (5% copper nitrate) were chosen to evaluate the influence of the reactor atmosphere in two other conditions: carbon dioxide and nitrogen gases. The cathodic products for both copper nitrate contents were micro and nanofibers. In the conditions of pure electrolyte and with zinc nitrate, microspheres were obtained. Using 5% zinc nitrate, microspheres and nanobonds were obtained. The nitrogen atmosphere seems to have the same effect as the natural atmosphere on the type and quality of structures obtained in these conditions. The effect of the carbon dioxide atmosphere led to the formation of amorphous microplates.