Síntese e caracterização de líquidos iônicos magnéticos

Abstract

Líquidos Iônicos Magnéticos (LIM) foram obtidos a partir da dispersão de nanopartículas magnéticas (NPM), modificadas superficialmente, no líquido iônico bistrifluorometanosulfonilimidato de 1-n-butil-3-metilimidazólio (BMI.NTf2). As NPM do tipo g-Fe2O3, Fe3O4, e CoFe2O4 foram obtidas pelo método de co-precipitação química. A superfície das NPM foram modificadas por silanização com cloreto de 1-n-butil-3-3- (trimetoxipropilsilano)imidazólio. As NPM modificadas e não modificadas foram caracterizadas por difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET), por espectroscopias FTIR, FTNIR e Raman, bem como por análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial exploratória (DSC) e medidas de magnetização (magnetização vs campo magnético). Os difratogramas das amostras investigadas foram característicos das ferritas do tipo espinélio. A aplicação da equação de Scherrer aos dados de DRX mostra que as NPM de Fe3O4, CoFe2O4 e g-Fe2O3 apresentam diâmetros médios correspondentes a 12,3, 11,0 e 9,9 nm, respectivamente. Diâmetros médios similares foram obtidos por MET. Os espectros Raman das nanopartículas magnéticas mostraram fônons característicos desses materiais e os espectros Raman dos LIM sugerem algum tipo de interação entre o líquido iônico e as nanopartículas magnéticas. O espectro FTNIR das amostras de Fe3O4 e CoFe2O4 mostraram absorções características desses materiais. Os espectros FTIR das amostras superficialmente modificadas mostram, inequivocadamente, a presença do agente modificador na superfície das NPM. Os resultados obtidos por TGA mostram que a superfícies das ferritas estão recobertas por pelo menos uma monocamada do modificador. As medidas de magnetização mostram que as NPM de Fe3O4 e g-Fe2O3 e os LIM corrspondentes apresentam comportamento superparamagnético com coercividades e remanências desprezíveis. Os valores de coercividade e remanência para as NPM e LIM derivados de CoFe2O4 não foram desprezíveis. A estabilidade dos LIM é atribuída à formação de pelo menos uma monocamada de agente modificador na superfície das NPM a qual apresenta uma estrutura que mimetiza a estrutura do LI. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Magnetic ionic liquids (MIL) were obtained by the dispersion of surface modified magnetic nanoparticles (MNP) in the ionic liquid (IL)1-n-butyl 3-methylimidazolium bistrifluorometanosulfonilimide (BMI.NTf2). The MNP were made from ferrites of the type g- Fe2O3, Fe3O4, and CoFe2O4 that were obtained by the co-precipitation method. The surfaces of the MNP were modified by silanization with 1-n-butyl-3-3- (trimethoxipropylsilane)imidazolium chloride. The non modified and modified MNP were characterized by x ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), FTIR, FTNIR, and Raman spectroscopy as well as by, TGA, DSC, and magnetization measurements (magnetization vs magnetic field). The XRD diffraction patterns of the investigated samples were characteristic of spinel ferrites and the application of Schrrer´s equation showed that the Fe3O4, CoFe2O4, and g-Fe2O3 MNP have mean diameters of 12.3, 11.0, and 9.9 nm, respectively. Similar mean diameters were obtained by the TEM analysis. The Raman spectra of the MNP have shown the characteristic Raman phonons for these materials and the Raman spectra of the MIL suggest some kind of interaction between the IL and the MNP. The FTNIR spectra of the Fe3O4 and CoFe2O4 samples have shown the characteristic absorptions of these materials. The FTIR spectra of surface modified samples characterized unequivocally the presence of the surface modifier on the surface of the MNP. TGA results have shown that the surface of the MNP is recovered with at least one monolayer of modifier. Magnetization measurements have shown that the Fe3O4 and g-Fe2O3 MNP as well as their corresponding MIL present superparamagnetic behavior with negligible remanences and coercivities. The coercivities and remanences for the CoFe2O4 MNP and the corresponding MIL are not negligible. The stability of MIL is attributed to the formation of at least one monolayer of the surface modifier, which presents a structure that mimics the IL structure.