Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/10773/30586
Title: | Layered Double Hydroxides (LDH) as versatile nanoreservoirs for application in multi-functional coatings |
Other Titles: | Hidróxidos Duplos Lamelares (HDL) como nanoreservatórios versáteis para aplicação em revestimentos multifuncionais |
Author: | Kuznetsova, Alena |
Advisor: | Tedim, João André da Costa Zheludkevich, Mikhail Larionovich |
Keywords: | Layered double hydroxides X-ray diffraction Release of active species Kinetic models of release and adsorption Multi-functional coatings Synthesis |
Defense Date: | 1-Oct-2020 |
Abstract: | The objective of the present work is synthesis and characterization of inorganic
nanoreservoirs based on layered double hydroxides (LDH) loaded with active
species, namely corrosion inhibitors and pH indicators. The most attractive
feature of LDH is the anion-exchange ability. Despite the countless studies that
describe the use of LDH for applications in protective coatings for anti-corrosion
applications, the study related to immobilization and consequent release of
anionic species is somewhat limited. Besides, there is still a lack of systematic
studies correlating the structure of nanocontainers with properties (release
profiles, triggering conditions) and the corresponding effect in coatings.
In this work, several methodologies were used for preparation of LDH.
Structure, morphology, colloidal and textural properties of resulting
nanocontainers have been characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier
transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM),
dynamic light scattering (DLS), thermogravimetric analysis (TG) and nitrogen
adsorption-desorption isotherms. Particular attention has been paid to the
release studies of active species immobilized in LDH, determination of
triggering conditions, establishment of kinetic models and definition of release
mechanisms by UV-Visible spectrophotometry. Additionally, the adsorption of
active species in LDH was investigated to understand how the active species
are immobilized during the synthesis, as well as for evaluation of its impact on
the application of nanoreservoirs in multi-functional coatings.
In general, the release of active species is rate-limited by diffusion with
possibility of anion-exchange reaction when anionic species are presenting in
the environment. However, the release profiles, extent of release and
adsorption of active species are strongly dependent on the method of synthesis
and on the structure and properties of the active species. In addition, the LDH
compositions studied were found to release the active species in response to
the presence of anions in solution (e.g. chlorides, hydroxides, carbonates),
even when the active species are not intercalated into the LDH galleries, but
adsorbed onto the external surface of the particles. Besides, the propensity of
LDH to dissolution or reaction under extreme pH conditions, in combination
with changes in the surface properties, can play a role in the agglomeration
and/or aggregation of the particles, thereby affecting adsorption and release of
different species.
Taking into account the properties of the materials obtained, it is possible to
conclude that several LDH compositions studied in this work are prospecting
additives for application in multi-functional coatings. Moreover, the present
work can be used as some sort of library of experimental data to support the
building and validation of computational models, to aid on the prediction of the
uptake and release of active species from LDH. O objetivo do presente trabalho consistiu na síntese e caracterização de nanoreservatórios inorgânicos baseados em hidróxidos duplos lamelares (HDL) com diferentes espécies ativas imobilizadas, nomeadamente inibidores de corrosão e indicadores de pH. Uma das características mais relevantes associada com o HDL é a sua capacidade de permuta aniónica. Apesar dos inúmeros trabalhos que descrevem a utilização do HDL para aplicações em revestimentos protetores contra a corrosão, o estudo relacionado com a imobilização e consequente libertação das espécies aniónicas é algo limitado. Além disso, não existem estudos sistemáticos na literatura que correlacionem a estrutura dos nanocontentores com as propriedades (perfis e condições de libertação controlada) e o efeito correspondente nos revestimentos. Neste trabalho, várias metodologias foram aplicadas para a preparação dos HDL. A estrutura, morfologia, propriedades coloidais e texturais dos nanocontentores resultantes foram caracterizadas por difração de raios-X (DRX), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrónica de varrimento (SEM), dispersão dinâmica de luz (DLS), análise termogravimétrica (TG) e isotérmicas de adsorção-desadsorção de azoto. Atenção especial foi prestada aos estudos de libertação de diferentes espécies ativas imobilizadas em HDL, nomeadamente as condições experimentais que podem levar à libertação das espécies ativas (ex.: pH, presença de sais), estabelecimento de modelos cinéticos e definição de mecanismos de libertação, recorrendo à espetrofotometria de UV-Visível. Além disso, o processo de adsorção de espécies ativas foi investigado para tentar perceber o que ocorre durante a síntese de diferentes composições de HDL bem como avaliar o impacto na aplicação prática de nanoreservatórios em revestimentos multifuncionais. Os resultados obtidos permitem concluir que, de forma geral, a libertação de espécies ativas é determinada pela difusão, com possibilidade de reação de permuta aniónica, quando espécies aniónicas estão presentes no ambiente. No entanto, os perfis de libertação, extensão da mesma e adsorção de espécies ativas em HDL dependem do método de síntese, bem como da estrutura e propriedades das espécies ativas. Igualmente relevante, é que as diferentes composições de HDL apresentam capacidade de libertar as espécies ativas imobilizadas em resposta à presença de aniões na solução (ex.: cloretos, hidróxidos, carbonatos), mesmo quando não intercaladas nas galerias do HDL, encontrando-se apenas adsorvidas na superfície externa do HDL. Além disso, a tendência dos materiais de HDL à dissolução ou reação sob condições extremas de pH, em combinação com alterações nas propriedades da superfície, tem influência no maior ou menor grau de aglomeração e/ou agregação das partículas, podendo afetar a adsorção e libertação das diferentes espécies. Atendendo às propriedades dos materiais obtidos, concluiu-se que vários HDL estudados são candidatos promissores para aplicação em revestimentos multifuncionais. Para além disso o presente trabalho pode ser usado como suporte na elaboração e validação de modelos computacionais que visam prever a captação e libertação de espécies ativas do HDL. |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/30586 |
Appears in Collections: | UA - Teses de doutoramento DEMaC - Teses de doutoramento |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
Documento_Alena_Kuznetsova.pdf | 5.7 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.