GIRÃO, Eduardo Costa. Adsorção de Trihalometanos em Nanotubos de Carbono. 2008. 99 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-28T21:05:23Z No. of bitstreams: 1 2008_dis_ecgirao.pdf: 4549992 bytes, checksum: 10c808440592e6fefb005e5b81528a33 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-29T17:50:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_dis_ecgirao.pdf: 4549992 bytes, checksum: 10c808440592e6fefb005e5b81528a33 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-29T17:50:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_dis_ecgirao.pdf: 4549992 bytes, checksum: 10c808440592e6fefb005e5b81528a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / In this work we study the interaction of thihalomethanes (THM) with single wall carbon nanotubes using first principles calculations based on the Density Functional Theory (DFT), implemented in the SIESTA code which uses pseudopotentials to describe core electrons and localized basis to expand the valence wavefunctions. The adsorption of CHCl3 (the most important and abundant THM) on pristine, vacant and carboxylated carbon nanotubes is simulated aiming to understand the interaction process in different geometries and pursuing the best route for the potential application of carbon nanotubes as filters. The metallic (5,5) and semiconducting (8,0) nanotubes are used in all calculations. A complementary study involving bromated THMs (CHCl2Br, CHClBr2 and CHBr3) is also performed in order to investigate the influence of the bromine atoms on the interaction between THMs and pristine nanotubes. Based on the analysis of structural, electronic and energetic properties it is verified that THMs are adsorbed on the carbon nanotube surface through a physisorption process (binding energies in the range -0,06 eV to -0,21 eV) in all cases. This fact makes carbon nanotubes as promissing candidates to extract THMs from aqueous solutions. The calculations also predict the stability of chemical groups (COCCl3 and COOCCl3) bounded on the nanotube surface. These chemical groups can be derived from possible chemical reactions, through coupling agents, between CHCl3 and the carboxyl groups anchored to the nanotube wall. The binding energies of these groups and the nanotubes are found to be in the range -1,31 eV to -2,26 eV. / Nesta dissertação, a adsorção de trihalometanos (THMs) em nanotubos de carbono de parede simples é estudada por meio de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), implementada no código computacional SIESTA que faz uso de pseudopotenciais para descrever os elétrons de caroço e bases localizadas para expandir as funções de onda dos elétrons de valência. A interação do CHCl3 (o mais importante e abundante dos THMs) com nanotubos puros, com vacâncias e carboxilados é simulada a fim de se entender o processo de interação em diferentes geometrias e encontrar as melhores rotas para a possível utilização de nanotubos como filtros. Em todos os sistemas estudados foram utilizados o tubo metálico (5,5) e o semicondutor (8,0). Um estudo complementar com THMs bromados (CHCl2Br, CHClBr2 e CHBr3) também foi realizado. Com estes últimos cálculos, busca-se observar a influência do número de átomos de bromo do THM sobre a interação com os nanotubos puros. Através da análise de propriedades estruturais, eletrônicas e energéticas, é verificado que os THMs são adsorvidos fisicamente na superfície dos nanotubos (energias de ligação variando de -0,06 eV a -0,21 eV) em todos os sistemas, tornando-os candidatos para se extrair THMs de soluções aquosas. Os cálculos prevêem ainda a estabilidade de complexos formados por grupos químicos (como COCCl3 e COOCCl3 oriundos de possíveis reações químicas do CHCl3 com grupos carboxila) agregados na superfície dos tubos. A energia de ligação de tais grupos com os nanotubos variou de -1,31 eV até -2,26 eV.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nesta dissertaÃÃo, a adsorÃÃo de trihalometanos (THMs) em nanotubos de carbono de parede simples à estudada por meio de cÃlculos de primeiros princÃpios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), implementada no cÃdigo computacional SIESTA que faz uso de pseudopotenciais para descrever os elÃtrons de caroÃo e bases localizadas para expandir as funÃÃes de onda dos elÃtrons de valÃncia. A interaÃÃo do CHCl3 (o mais importante e abundante dos THMs) com nanotubos puros, com vacÃncias e carboxilados à simulada a fim de se entender o processo de interaÃÃo em diferentes geometrias e encontrar as melhores rotas para a possÃvel utilizaÃÃo de nanotubos como filtros. Em todos os sistemas estudados foram utilizados o tubo metÃlico (5,5) e o semicondutor (8,0). Um estudo complementar com THMs bromados (CHCl2Br, CHClBr2 e CHBr3) tambÃm foi realizado. Com estes Ãltimos cÃlculos, busca-se observar a influÃncia do nÃmero de Ãtomos de bromo do THM sobre a interaÃÃo com os nanotubos puros. AtravÃs da anÃlise de propriedades estruturais, eletrÃnicas e energÃticas, à verificado que os THMs sÃo adsorvidos fisicamente na superfÃcie dos nanotubos (energias de ligaÃÃo variando de -0,06 eV a -0,21 eV) em todos os sistemas, tornando-os candidatos para se extrair THMs de soluÃÃes aquosas. Os cÃlculos prevÃem ainda a estabilidade de complexos formados por grupos quÃmicos (como COCCl3 e COOCCl3 oriundos de possÃveis reaÃÃes quÃmicas do CHCl3 com grupos carboxila) agregados na superfÃcie dos tubos. A energia de ligaÃÃo de tais grupos com os nanotubos variou de -1,31 eV atà -2,26 eV. / In this work we study the interaction of thihalomethanes (THM) with single wall carbon nanotubes using first principles calculations based on the Density Functional Theory (DFT), implemented in the SIESTA code which uses pseudopotentials to describe core electrons and localized basis to expand the valence wavefunctions. The adsorption of CHCl3 (the most important and abundant THM) on pristine, vacant and carboxylated carbon nanotubes is simulated aiming to understand the interaction process in different geometries and pursuing the best route for the potential application of carbon nanotubes as filters. The metallic (5,5) and semiconducting (8,0) nanotubes are used in all calculations. A complementary study involving bromated THMs (CHCl2Br, CHClBr2 and CHBr3) is also performed in order to investigate the influence of the bromine atoms on the interaction between THMs and pristine nanotubes. Based on the analysis of structural, electronic and energetic properties it is verified that THMs are adsorbed on the carbon nanotube surface through a physisorption process (binding energies in the range -0,06 eV to -0,21 eV) in all cases. This fact makes carbon nanotubes as promissing candidates to extract THMs from aqueous solutions. The calculations also predict the stability of chemical groups (COCCl3 and COOCCl3) bounded on the nanotube surface. These chemical groups can be derived from possible chemical reactions, through coupling agents, between CHCl3 and the carboxyl groups anchored to the nanotube wall. The binding energies of these groups and the nanotubes are found to be in the range -1,31 eV to -2,26 eV.