RESUMO Xerogéis de carbono (CXs) são materiais constituídos por uma estrutura tridimensional formada por esferas nanométricas interligadas e poros interconectados. Diversos trabalhos apresentam os CXs como suporte para utilização em catálise. A principal vantagem destes suportes é que suas propriedades físicas e químicas superficiais podem ser adaptadas às exigências catalíticas. Neste trabalho, compósitos CX/TiO2 foram sintetizados em etapa única, por polimerização/condensação sol-gel de solução formaldeído e resorcinol, com simultânea adição de nanopartículas de TiO2 ou Ti(IV), seguido de secagem e tratamento térmico. Os compósitos foram caracterizados por análise termogravimétrica (TG), difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia Raman e isotermas de adsorção de nitrogênio (N2) com determinação de área superficial (BET) e volume de poros (Vp). Os resultados mostraram a presença de uma mistura das fases anatase e rutilo do TiO2 nos compostos obtidos. Através das imagens de MEV verificouse grande homogeneidade na distribuição das partículas de TiO2 no suporte de CX. As propriedades fotocatalíticas dos compósitos foram investigadas para fotodegradação de azul de metileno (AM). A cinética de degradação de azul de metileno ajustou-se ao modelo de pseudo primeira ordem. Observou-se um efeito sinérgico entre os sólidos, com um aumento da atividade fotocatalítica nos compósitos de CX/TiO2, em relação ao TiO2.

ABSTRACT Carbon xerogels (CXs) are materials with three-dimensional structure of nano-sized balls and interconnected pores. CX have been widely applied as metal support for use in catalysis. The main advantage of these materials is that their physical and chemical properties can be adapted for each catalytic requirements. In this work, CX/TiO2 compounds have been synthesized in a single step, which consisted in the polymerization sol-gel/condensation of resorcinol and formaldehyde solution, with simultaneous addition of TiO2 nanoparticles or Ti(IV), followed by drying and heat treatment. The composites were characterized by thermogravimetric analysis (TG), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy and adsorption isotherms of nitrogen (N2) to determination of surface area (BET) and pore volume (VP). The results showed the presence of a mixture of anatase and rutile phases in the composites. Although SEM images it was verified higher uniformity in the distribution of TiO2 particles in CX support. The photocatalytic properties were investigated for the degradation of methylene blue (AM). The kinetics of the photocatalytic process was determined as the pseudo first-order model. There was a synergistic effect between the solids, with an increase of photocatalytic activity in composite CX/TiO2, compared to TiO2.

A produção de materiais que apresentem alto desempenho em suas aplicações exige avanços tecnológicos e científicos. Os elevados valores de resistência à tração e módulo de elasticidade, aliados à flexibilidade, baixa densidade e alta razão de aspecto, fazem dos nanotubos de carbono excepcionais candidatos para reforçar compósitos poliméricos. Preparamos por laminação sistemas compósitos ternários à base de resina epóxi/tecidos de fibra de carbono (para os binários), acrescendo nanotubos de carbono para os sistemas ternários. Os parâmetros estequiométricos do sistema epoxídico (valor de Phr) e concentração de nanotubos de carbono empregado nos sistemas compósitos tiveram avaliadas suas morfologias (MEV), propriedades térmicas (TG) e mecânicas (ASTM D790). Embora o sistema epoxídico com Phr 10,0 tenha apresentado uma maior estabilidade térmica, os compósitos ternários produzidos a partir do sistema com Phr 26,6 mostraram valores de tensão máxima e módulo de elasticidade até 8 vezes maiores que aqueles produzidos com o sistema Phr 10. A adição de nanotubos de carbono aos compósitos com Phr 26,6 resultou em ganhos adicionais de aproximadamente 38 e 15% na tensão máxima e no módulo de elasticidade, respectivamente. Esses resultados revelaram a limitação nos métodos de integralização de nanoestruturas a sistemas compósitos, onde as dispersões estão limitadas a uma série de fatores inerentes a interação química e/ou física durante a fabricação dos compósitos nanoestruturados.

The production of materials that exhibit high performance in their applications requires scientific and technological advances. The high values of tensile strength and modulus of elasticity, combined with flexibility, low density and high aspect ratio, make carbon nanotubes exceptional candidates for reinforced polymer composites. We prepared by lamination composite systems based on epoxy resin/woven carbon fiber (for binary), plus carbon nanotubes for the ternary systems. The effect of the stoichiometry of the epoxy system (Phr value) and concentration of carbon nanotubes used in the composite systems was evaluated by their morphological (SEM), thermal (TG) and mechanical properties (ASTM D790-10). Although the epoxy system with 10.0 Phr has presented a higher thermal stability, the ternary composite system produced with 26.6 Phr showed values of maximum stress and elastic modulus up to 8 times greater than those produced with the 10 Phr system. The addition of carbon nanotubes to composites with 26.6 Phr resulted in additional increase of approximately 38 and 15% of the maximum stress and elastic modulus, respectively. These results revealed a limitation in the methods of incorporation of the nanostructures in composite systems, where the dispersion is limited by a number of factors, inherent to the chemical and/or physical interactions during fabrication of nanostructured composites.