Please use this identifier to cite or link to this item:
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35181
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Desenvolvimento de métodos eletroanalíticos utilizando sensor eletroquímico fabricado por impressão 3D para a determinação de antioxidantes em biocombustíveis |
Alternate title (s): | Development of electroanalytical methods using electrochemical sensor manufactured by 3D printing for the determination of antioxidants in biofuels |
Author: | Inoque, Nélio Inácio Gravata |
First Advisor: | Abarza Muñoz, Rodrigo Alejandro |
First coorientator: | Faria, Lucas Vinícius de |
First member of the Committee: | Dornellas, Rafael Machado |
Second member of the Committee: | Silva, Iranaldo Santos da |
Summary: | A baixa estabilidade oxidativa é uma das desvantagens de biodiesel e bioquerosene, que pode ser superada pelo uso de antioxidantes. Estes antioxidantes (compostos fenólicos) podem ser combinados devido aos efeitos sinérgicos. Esta dissertação demonstra que os dispositivos eletroquímicos impressos em 3D podem ser aplicados para eletroanálise de biocombustíveis, incluindo o monitoramento da estabilidade oxidativa dos biocombustíveis (um dos parâmetros de controle de qualidade), por meio da quantificação de antioxidantes em biocombustíveis. Foram fabricados eletrodos de trabalho usando a impressora 3D (eletrodo planar) e a caneta 3D (eletrodo cilíndrico), ambos produzidos com filamento polimérico contendo negro de fumo e ácido polilático (CB-PLA). A caneta 3D foi usada para imprimir a parte condutiva do eletrodo de trabalho cilíndrico usando o filamento condutor CB-PLA no corpo cilíndrico impresso, previamente munido do fio de cobre. O eletrodo cílindrico foi usado em experimentos voltamétricos e o planar foi usado em experimentos amperométricos. Fez-se a investigação do comportamento eletroquímico de várias espécies antioxidantes, terc-butil-hidroquinona (TBHQ), butil hidróxi-anisol (BHA), 2,6-di-terc-butil fenol (2,6-DTBP), pirogalol (PY), catecol, hidroquinona, propil galato, octil galato, dopamina e ácido gálico em eletrodo CB-PLA impresso em 3D. Experimentos por voltametria cíclica demonstraram que o tratamento eletroquímico da superfície do eletrodo em solução aquosa de NaOH (0,5 mol L-1) é uma importante estratégia para melhorar a atividade eletroquímica para oxidação dos antioxidantes. Os antioxidantes TBHQ, BHA, PY e 2,6-DTBP foram selecionados para avaliar o desempenho analítico do sensor impresso em 3D. A determinação simultânea de TBHQ e BHA em biodiesel, por voltametria de pulso diferencial (DPV), resultou numa faixa linear de 0,5 a 175 µmol L-1 com limites de detecção de 0,21 e 0,19 µmol L-1 para TBHQ e BHA, respectivamente. Além disso, foi desenvolvido um método simples e rápido utilizando a análise por injeção em batelada com detecção amperométrica para determinar o PY, onde obteve-se uma detectabilidade adequada (LD = 0,20 µmol L-1) e ampla faixa linear (0,5 - 300 µmol L-1). A determinação de 2,6-DTBP em bioquerosene foi realizada por voltametria cíclica. Todos os desvios padrão relativos (inter-eletrodos e inter-dias) foram menores que 6,0 % indicando precisão adequada dos métodos propostos. Os valores de recuperação para as aplicações em amostras de biodiesel e bioquerosene variaram de 82 a 119%, atestando ausência de efeito de matriz e exatidão boa. De maneira geral, os métodos propostos são rápidos, de custo baixo e com portabilidade adequada visando aplicações em campo no controle de qualidade de biocombustíveis. Palavras-chave: Impressão 3D; negro de fumo/ácido polilático; biodiesel; bioquerosene; antioxidantes; voltametria de pulso diferencial; análise por injeção em batelada |
Abstract: | Low oxidation stability is the main drawback of biodiesels and biokerosenes that is overcome by using antioxidants. These antioxidants (phenolic compounds) can be combined due to synergistic effects. This dissertation presents the potential demonstration that 3D printed electrochemical devices can be applied for electroanalysis of biofuels, including the monitoring of oxidation stability (one of the quality control parameters) by quantifying the antioxidant in biofuels. Working electrodes were manufactured using a 3D printer (a planar electrode) and a 3D pen (a cylindrical electrode), both manufactured with polymeric filament containing carbon black and acid polylactic (CB-PLA). The 3D pen was used to print the conductive part of the cylindrical electrode using the CB-PLA conductive filament on the printed cylindrical body, previously equipped with the copper wire. The cylindrical electrode was used in voltammetric experiments and the planar design was used in amperometric experiments. The electrochemical behavior of several antioxidant species was investigated, including tert-butyl-hydroquinone (TBHQ), butyl hydroxyanisole (BHA), 2,6-di-tert-butyl phenol (2,6-DTBP), pyrogallol (PY), catechol, hydroquinone, propyl gallate, octyl gallate, dopamine and galic acid on 3D printed CB-PLA electrode. Cyclic voltammetry experiments demonstrated that electrochemical treatment of the electrode surface in aqueous solution NaOH (0.5 mol L-1) is an important strategy to improve the electrochemical activity for oxidation of antioxidants. TBHQ, BHA, 2,6-DTBP and PY were selected for evaluation of the 3D printed sensor analytical performance. The simultaneous voltammetric determination of TBHQ and BHA in biodiesel by differential-pulse voltammetry resulted in linear responses in the range of 0.5 and 175 µmol L-1 with limits of detection of 0.21 and 0.19 µmol L-1 for TBHQ and BHA, respectively. In addition, a fast and simple method using batch-injection analysis with amperometric detection (BIA-AD) for PY determination has been developed, which showed adequate detectability (LOD = 0.20 µmol L-1) and wide linear range (0.5 to 300 µmol L-1). The determination of 2,6-DTBP in biokerosene was achieved by cyclic voltammetry. All relative standard deviations (inter-electrode and inter-day) were lower than 6.0 %, indicating adequate precision. The recovery values for applications in biodiesel and biokerosene samples range from 82 to 119 %, testing to absence of matrix effect and good accuracy. In general, the proposed methods are easy, fast and with adequate portability aiming at field applications in the quality control of biofuels. Keywords: 3D printing; antioxidants; carbon black/polylactic acid; biodiesel; biokerosene, differential pulse voltammetry; batch-injection analysis. |
Keywords: | Impressão 3D 3D printing negro de fumo/ácido polilático biodiesel bioquerosene antioxidantes voltametria de pulso diferencial análise por injeção em batelada antioxidants carbon black/polylactic acid biodiesel; biokerosene, differential pulse voltammetry; batch-injection analysis biokerosene differential pulse voltammetry batch-injection analysis |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA |
Subject: | Química Eletroquímica Biodiesel |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Química |
Quote: | INOQUE, Nélio Inácio Gravata. Desenvolvimento de métodos eletroanalíticos utilizando sensor eletroquímico fabricado por impressão 3D para a determinação de antioxidantes em biocombustíveis. 2022. 110 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.301. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.301 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35181 |
Date of defense: | 15-Jun-2022 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Química |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
DesenvolvimentosMétodosEletroanalíticos.pdf | 6.22 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.