Tese (doutorado)Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-04-07T16:05:06Z No. of bitstreams: 1 2015_MarioAlbertoSimonatoAltoé.pdf: 13315898 bytes, checksum: c181acc0c30014641adf364dda86a2af (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-04-11T17:28:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_MarioAlbertoSimonatoAltoé.pdf: 13315898 bytes, checksum: c181acc0c30014641adf364dda86a2af (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-11T17:28:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_MarioAlbertoSimonatoAltoé.pdf: 13315898 bytes, checksum: c181acc0c30014641adf364dda86a2af (MD5) / O grande interesse científico e tecnológico em nanossilicatos está relacionado à sua capacidade de inchar, causada mais comumente pela interação com a água, que é naturalmente encontrada intercalada nesses materiais. Os nanossilicatos são usados para a captura de dióxido de carbono, armazenamento de lixo nuclear, remoção de materiais pesados e liberação de fármacos. Por isso, entender sua interação com a água é de extrema importância. Os nanossilicatos estudados nesta tese são as fluorohectoritas, as quais são usadas como material modelo para representar argilas naturais, e, como são sintetizadas, as fluorohectoritas possuem uma distribuição de cargas mais homogênea e significantemente menos impurezas. Neste trabalho, foi estudada a intercalação de água no espaço interlamelar deste nanossilicato, em que Ni2+, Li+, Na+ são os cátions compensadores de carga. As técnicas de difração de raios X e análise termogravimétrica foram usadas para estudar as isotermas de adsorção de água, preparadas usando dois tipos de tratamento, pré-aquecidas e não pré-aquecidas. Os resultados de difração de raios X para a Ni-fluorohectorita, obtidos a partir de uma troca catiônica de Li-fluorohectorita, mostram que as transições a partir do estado mono-hidratado não ocorrem de maneira discreta, como observado na Na-fluorohectorita e na Li-fluorohectorita, mas sim de maneira contínua. Adicionalmente, as hidratações em diferentes temperaturas mostram que as transições também são altamente dependentes da história de preparação das amostras. Essas observações indicam a presença de vários tipos de complexos Ni2+-água, presentes no espaço interlamelar, que podem influenciar os estados de hidratação dos nanossilicatos. Este, por sua vez, pode estar relacionado com conclusões anteriores, em que foi relatado um complexo do tipo Ni-brucita coexistente com a Ni-fluorohectorita. No entanto, essa hipótese foi tomada com cuidado, uma vez que os presentes resultados podem estar ligados com outros tipos de complexos, tais como o Ni2+ hexaaqua. Acredita-se que esses resultados possam ser estendidos para outros tipos de nanossilicatos cujos cátions interlamelares são metais de transição. Isso, consequentemente, tem efeitos práticos na físico/química de materiais ou em outras áreas onde nanossilicatos são importantes, como armazenamento de dióxido de carbono ou lixo nuclear e remoções de metais pesados do meio ambiente. / The large scientific and technological interest in smectites is connected to their ability to swell, most commonly caused by their interactions with water, which is naturally found intercalated in smectites. Therefore whether smectites are used for, carbon dioxide capture, nuclear waste storage, heavy metal removal or for drug delivery, understanding their interactions with water is of paramount importance. The smectite studied here is the synthetic fluorohectorite, which has been used as a clean model material representing natural smectite clays, as synthetic smectite fluorohectorite has more homogeneous charge distribution and significantly fewer impurities than its natural counterparts. Here we show the intercalation of water into the smectite interlayer nano-space with Ni2+ Li+, Na+ as the charge compensating cations. We have used X-ray diffraction X-ray diffraction and thermogravimetric analysis to study the water adsorption isotherm prepared using two different sets of samples: one pre-heated and the other non-pre-heated. X-ray diffraction results show that the transition upon water adsorption from the monohydrated state does not occur in abrupt steps as is commonly observed in Li-fluorohectorite and Na-fluorohectorite, but rather it displays a continuous development. In addition, the hydration at different temperatures shows that the transitions also are highly dependent on the sample history. Our observations indicate that the presence of various types of Ni2+-water complexes in the interlayers might influence the hydration states of the smectite. This can in turn be related to our previous findings, where it was reported that Ni-brucite complex coexist with Ni- fluorohectorite. However, this assumption has to be taken with care, since the hypothesis that our results can be connected to other types of Ni2+-water complex, such as Ni2+ hexaaqua, cannot be fully discarded. We also explore the idea that the present observations can be extended to other smectites with transition metals as interlayer charge compensating cations, and consequently have significant practical effects in materials science as well as in other areas where smectite clays are important, such as carbon dioxide or nuclear waste storage and heavy metal removal from the environment.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-02-05T16:43:08Z No. of bitstreams: 1 2015_GiovanniGrassi.pdf: 24477993 bytes, checksum: 4ab61677819ece23d6388a63295a7886 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-02-12T16:16:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_GiovanniGrassi.pdf: 24477993 bytes, checksum: 4ab61677819ece23d6388a63295a7886 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-12T16:16:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_GiovanniGrassi.pdf: 24477993 bytes, checksum: 4ab61677819ece23d6388a63295a7886 (MD5) / Nessa tese foram realizados estudos de difração de raios-X para investigar processos de troca catiônica do íon Li+ para Ni2+, e vice versa, bem como de Li+ para Na+, confinados na argila mineral sintética Fluorohectorita em suspensões aquosas. A dinâmica dessas trocas catiônicas foram investigadas e foi observado que o tempo associado a esses processos pode ser mais rápido que 1 minuto. Os resultados são comparados entre amostras preparadas por meio de procedimentos tradicionais de troca catiônica e amostras preparadas por diálise realizados na escala de tempo de meses. As Fluorohectoritas são argilas expansíveis, pois incorporam uma quantidade variável de água em seus espaços interlamelares, resultando em uma mudança na constante de rede cristalográfica na direção de expansão. Esses processos de intercalação de água geram estados de hidratação característicos de cada íon intercalante. Métodos de análise de Williamson-Hall foram empregados para investigar a desordem de empilhamento das lamelas. Os resultados apontaram para um strain não linear como função da umidade relativa. Os pseudo picos que surgem entre estados estáveis de hidratação dessas amostras puderam ser entendidos como picos do tipo de Hendricks-Teller. / In this thesis X-ray diffraction studies were performed to investigate cation exchange process from ion Li+ to Ni2+, and vice versa, as well as from Li+ to Na+, confined in synthetic mineral clay Fluorohectorite in aqueous suspensions. The dynamics of these cation exchanges were investigated and it was observed that the time scale of such process is faster than 1 minute. The results are compared among samples prepared through traditional procedures of cation exchange and samples prepared through dialysis performed in the time scale of months. The Fluorohectorite are expandable clays because they incorporate a variable amount of water in their interlamelar space, resulting in a change in the crystallographic lattice constant in the direction of expansion. These water intercalation processes generate hydration states characteristic of each ion. Williamson-Hall analysis methods were used to investigate the platelets disorder stacking. The results showed a nonlinear strain as a function of the relative humidity. The pseudo peaks that arise between stable hydration states of these samples could be understood as the Hendricks-Teller-type peaks.