Híbridos de grafeno/montmorillonita e óxido de grafeno/montmorillonita como nanomateriais funcionais: uma visão da literatura atual

Nunes Filho, F. G.; Alves, A. P. M.; Nascimento, T. R. L.; Castellano, L. R. C.; Fonseca, M. G.

doi:10.1590/0366-69132021673823063

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Articles • Cerâmica 67 (382) • Apr-Jun 2021 • https://doi.org/10.1590/0366-69132021673823063 copiar

Híbridos de grafeno/montmorillonita e óxido de grafeno/montmorillonita como nanomateriais funcionais: uma visão da literatura atual

Graphene/montmorillonite and graphene oxide/montmorillonite hybrids as functional nanomaterials: a view in the current literature

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

Os híbridos derivados de grafeno ou óxido de grafeno e o argilomineral montmorillonita são materiais cuja matriz do filossilicato oferece estabilização das camadas nanométricas das estruturas carbonáceas, além de melhoramento das propriedade físico-químicas e da biocompatibilidade. Por sua vez, o grafeno e seus derivados agregam novas funcionalidades à montmorillonita e ao aumento da reatividade. Os materiais funcionais resultantes do sinergismo entre os constituintes têm sido explorados em diferentes aplicações, como em processos de remediação ambiental por meio de adsorção e catálise, ciência de materiais, áreas biológicas e biomédicas. No âmbito dessa revisão, as principais rotas para obtenção dos híbridos de grafeno e derivados com montmorillonita são apresentadas, relacionando os fatores estruturais e interações entre os constituintes para formação dos compósitos. Ainda os principais métodos de caracterização são discutidos e as aplicações mais recentes são relacionadas às características estruturais, morfológicas, térmicas e texturais.

Palavras-chave:
montmorillonita; grafeno; óxido de grafeno; híbridos

Tabela I Exemplos de obtenção de híbridos de grafeno/MMT e seus derivados pelo tratamento térmico de MMT modificada com diferentes precursores orgânicos.

Agente modificador	Híbrido precursor	Tratamento térmico	Características do híbrido resultante	Ref.
Carboidrato e biopolímero	MMT modificada com sacarose	600-900 °C com ou sem ativação ácida prévia com H₂SO₄; ar ou atmosfera inerte (Ar)	MMT com monocamadas de grafeno	¹¹⁷117 A. Bakandritsos , T. Steriotis , D. Petridis, Chem. Mater. 16, 8 (2004) 1551.
	MMT modificada com sacarose	≤600 °C com ou sem ativação ácida prévia com H₂SO₄; ar ou atmosfera inerte (Ar)	MMT com monocamadas de grafeno	²⁸28 A. Bakandritsos, E. Kouvelos, T. Steriotis, D. Petridis, Langmuir 21, 6 (2005) 2349.
	MMT modificada com sacarose	700 °C, 1 h, 15 °C.min^-1, N₂	MMT com multicamadas de grafeno	²⁸28 A. Bakandritsos, E. Kouvelos, T. Steriotis, D. Petridis, Langmuir 21, 6 (2005) 2349.
	MMT modificada com sacarose	800 °C, 3 h, atmosfera oxidante	MMT com multicamadas de grafeno e carvão mineral	¹¹⁸118 B. Mico-Vicent, M. Lopez, A. Bello, N. Martinez, M.V. Francisco, J. Sol. Energy Eng. Trans. ASME 139, 3 (2017) 310051.
	MMT modificada com CMC	300-600 °C, 2 h, N₂	MMT com monocamadas de grafeno	¹⁰⁷107 S. Liu , Y. Liu, L. Jiang, G. Zeng, Y. Li , Z. Zeng, X. Wang , Q. Ning, J. Environ. Manage. 236 (2019) 25.
Polímero	MMT e OMMT¹ modificadas com polipropileno (PP)	700 °C, N₂	MMT com multicamadas de grafeno	⁹⁶96 J. Gong, J. Liu , X. Wen, Z. Jiang, X. Chen , E. Mijowska, T. Tang, Ind. Eng. Chem. Res. 53, 11 (2014) 4173.
	MMT modificada com poliacrilonitrila	700 °C, 3 h, N₂	MMT com folhas grafíticas	³⁶36 N. Sonobe, T. Kyotani, A. Tomita, Carbon 26, 4 (1988) 573.
	PFA-PVAC/MMT²	700 °C, 3 h, N₂	MMT com folhas grafíticas	¹¹⁹119 N. Sonobe , T. Kyotani , A. Tomita, Carbon 28, 4 (1990) 483.
Corante e fármaco	MMT modificada com cristal de violeta⁴	600-800 °C, 3 h, N₂	MMT com monocamadas de grafeno dopado com N	¹¹⁶116 Q. Chen, R. Zhu, W. Deng, Y. Xu , J. Zhu, Q. Tao, H. He, Appl. Clay Sci. 100 (2014) 112.
	MMT modificada com azul de metileno	600-1000 °C, 3 h, 10 °C.min^-1, N₂	MMT com grafeno codopado com N e S	¹²⁰120 Q. Chen , H. Liu, R. Zhu , X. Wang , S. Wang, J. Zhu , H. He, Micropor. Mesopor. Mater. 225 (2016) 137.
	MMT modificada com tetraciclina (TC)	600-900 °C, 3 h, a 5 °C.min^-1, N₂	MMT com monocamadas de grafeno dopado com N	⁹⁵95 S. Yang, P. Wu, L. Chen, L. Li, Z. Huang, S. Liu , L. Li, Appl. Clay Sci. 132-133 (2016) 731.
	MMT modificada com FeOOH e TC	700 °C, 3h, 5 °C.min^-1, N₂	MMT com pilares de α-Fe₂O_3-x e com camadas de grafeno	¹²¹121 S. Yang , Z. Huang , P. Wu , Y. Li , X. Dong, C. Li , N. Zhu, X. Duan , D.D. Dionysiou, Appl. Catal. B Environ. 260 (2020) 118129.

Tabela II Exemplos de síntese de híbridos baseados em MMT e GO e suas aplicações.

Material híbrido	Síntese GO	Síntese do compósito	Aplicação	Ref.
GO/MMT	Método Hummers	Adição gota a gota de suspensão de MMT sob agitação em dispersão de GO sonicada; sonicação por 2 h; redução com ácido ascórbico	Adsorção de Cr (VI)	¹³⁴134 Z. Zhang , H. Luo, X. Jiang, Z. Jiang , C. Yang, RSC Adv. 5, 59 (2015) 47408.
CS/GO/MMT	Método Hummers	Dispersão de MMT e GO tratada com ultrassom, adição de CS em agitação magnética, liofilização	Adsorção de Cr (VI)	¹²⁸128 P. Yu, H.Q. Wang, R.Y. Bao, Z. Liu , W. Yang, B.H. Xie, M.B. Yang, ACS Sustain. Chem. Eng. 5, 2 (2017) 1557.
GO-AO/MMT-APTES1	Método Hummers e intercalação com OA	Dispersões de diferentes proporções de GO-AO e MMT-APTES em butanol tratadas com ultrassom por 1 h separadamente e em contato	Adsorção de Cr (VI)	¹³¹131 W. Chen , X. Zhang , M. Mamadiev, C. Zhao, Z. Wang , H. Xu, Adv. Powder Technol. 28, 2 (2017) 521.
GO/Na-MMT	Método Hummers	Dispersão de GO e Na-MMT em banho de ultrassom por 30 min	Adsorção de U (VI)	⁴⁵45 W. Wang, H. Xu, X. Ren, L. Deng, J. Mol. Liq. 276 (2019) 919.
GO/bentonita e nanopartículas de Fe	Comercial	Suspensão aquosa de GO (diferentes proporções), ultrassom por 1 h; adição de 0,7 g de bentonita, agitação por 12 h, adição de FeCl₂.4H₂O; ultrassom e agitação; etanol anidro adicionado à mistura, tratada com ultrassom; agitação e redução com NaBH2 em pH 11; produto separado, liofilizado e mantido sob refrigeração (-85 °C)	Adsorção de Pb²⁺	¹³²132 C. Yu , J.C. Shao, W.J. Sun, X.N. Yu, Arab. J. Chem. 13, 1 (2020) 3474.
GO/MMT	Método Hummers	Adição gota a gota de suspensão aquosa de MMT modificada com OTAB² em dispersão de GO tratada com ultrassom; mistura agitada por 24 h, separada e liofilizada	Adsorção de Pb²⁺, Cd²⁺ e As⁴⁺	¹³⁰130 J. Wei , M.F. Aly Aboud, I. Shakir, Z. Tong, Y. Xu, ACS Appl. Nano Mater. 3, 1 (2020) 806.
GO/bentonita	Método Hummers	Sonicação do GO por 2 h em água deionizada; mistura com bentonita e ativada com ácido, sonicação por 10 min; agitação	Adsorção do corante azul de toluidina	⁴⁴44 W. Xu, Y. Chen , W. Zhang , B. Li, Adv. Powder Technol. 30, 3 (2019) 493.
GO/APTES-MMT	Método Hummers	Dispersão de GO e A-MMT tratada com ultrassom por 30 min; tratamento com HCl e redução com hidrazina	Adsorção de azul de metileno (MB)	¹⁷17 Y. Yang, W. Yu, S. He, S. Yu, Y. Chen, L. Lu, Z. Shu, H. Cui, Y. Zhang, H. Jin, Appl. Clay Sci. 168 (2019) 304.
GO/MMT	Comercial	Dispersão de GO e MMT, agitação e ultrassom por 15 min individualmente; mistura e reticulação com éter butano-1,4-dioldiglicidil e liofilização a vácuo por 24 h	Adsorção de Pb²⁺ e p-nitrofenol em sistema binário	¹⁸18 C. Zhang, J. Luan, X. Yu, W. Chen, J. Hazard. Mater. 378 (2019) 120739.
GO/MMT	Método Hummers	Dispersão de MMT e GO em água tratada com ultrassom por 8 h a 60 °C	Coadsorção de íons Pb²⁺ e MB em sistema binário	¹³⁸138 L. Liu, Y. Zhang , Y. He , Y. Xie, L. Huang, S. Tan, X. Cai, RSC Adv. 5, 6 (2015) 3965.
GO/MMT	Método Hummers	Dispersão do GO e MMT por ultrassom e impregnação simples por via úmida	Coadsorção do corante RhB e de Ni²⁺ em sistema binário	¹⁶16 M. Neelaveni, P.S. Krishnan, R. Ramya, G.S. Theres, K. Shanthi, Adv. Powder Technol. 30, 3 (2019) 596.
GO/MMT	Método Hummers	Dispersão de GO e MMT e tratamento com ultrassom por 8 h em água destilada	Adsorção do corante cristal de violeta	¹⁰¹101 C. Puri, G. Sumana, Appl. Clay Sci. 166 (2018) 102.
GO-MMT/AS	-	Dispersões de MMT e GO (1:1 e 1:40); agitadas por 2 h e misturadas à solução de AS³ a 2%; mistura tratada com CaCl₂ (3%); formação de esferas de hidrogel, lavadas e liofilizadas	Adsorção de MB, rodamina B e laranja de metila	¹²⁷127 Tao E., D. Ma, S. Yang , X. Hao, J. Alloys Compd. 832 (2020) 154833.
rGO/MMT-PPA rGO/AMMT	Método Hummers	Dispersão de MMT modificada com ácido polifosfórico ou aminopropriltrietossilano e ocatedilamina (AMMT) em THF, tratada e sonicada; redução térmica em autoclave forrada com Teflon a 100 °C por 7 h	Adsorção de CO₂	¹³⁵135 S. Stanly, E.J. Jelmy, C.P.R. Nair, H. John, J. Environ. Chem. Eng. 7, 5 (2019) 103344.
PVA/GO/ Na-MMT	Método Hummers	Dispersões de 0,25 g de Na-MMT e 0,50 g de GO em 50 mL de água ultrapura, esfoliadas individualmente por sonicação por 1 h, misturadas e submetidas a agitação; produto misturado com 10 mL de dispersão do polímero PVA (0,1 g em 50 mL) e sonicado; mistura seca a vácuo a 50 °C por 24 h	Adsorção do corante verde malaquita (MG)	¹²⁹129 P. Arabkhani, A. Asfaram, M. Ateia, J. Water Process Eng. 38 (2020) 101651.
Poliacrilamida-ágar/GO/bentonita	Método Hummers	Dispersões de GO e Cloisite 30B (bentonita comercial organomodificada com sais quaternários de amônio) tratadas individualmente com ultrassom; suspensão de GO gotejada na de argila sob agitação; material híbrido seco, reduzido e polimerizado in situ; formação de rede polimérica dupla com poliacrilamida e ágar	Adsorção de MB e RhB	¹⁵⁹159 N. Sarkar , G. Sahoo , S.K. Swain, Nano-Struct. Nano-Objects 23 (2020) 100507.
GO-PEG/nanobentonita	Método Hummers	Bentonita tratada com ultrassom por 4 h e submetida ao contato com GO em PEG; secagem e tratamento térmico para formação de peneiras	Dessalinização e adsorção de poluentes em águas residuais e corantes CV, MB e SA	¹⁰⁰100 P. Banerjee, A. Mukhopadhyay, P. Das, Desalination 451 (2019) 231.
GO/MMT-KSF	Método Hummers	Sonicação prévia de GO, adição gota a gota de suspensão de MMT-KSF expandida, agitação e tratamento térmico a 200 °C por 3 h	Catálise da reação de Biginelli	¹⁰²102 D.P. Narayanan, A. Gopalakrishnan, Z. Yaakob, S. Sugunan, B.N. Narayanan, Arab. J. Chem. 13 (2020) 318.
NC⁴/MGO	Método Hummers	Dispersão de MGO e NC em DMF; agitação por 24 h a 400 rpm e 40 °C; reticulação com aminossilano e 1,4-butanodiol-diglicidiléter sob mesmas condições, adição à resina epóxi	Revestimento de compósitos epóxi com resistência à corrosão	¹⁴³143 M.G. Sari, M. Shamshiri, B. Ramezanzadeh, Corros. Sci. 129 (2017) 38.
GO/bentonita/ galactomana (GM)	Comercial	Dispersão de bentonita e GM (2,4 g.L^-1) por repetidos processos de agitação e sonicação; mistura com dispersão de GO de 0 a 2% em massa e agitada por 24 h; material tratado com solução de tetraborato de sódio para formação de filmes	Materiais para embalagem e revestimento de proteção ao fogo	¹⁴²142 Y. Tao, C. Huang , C. Lai, C. Huang , Q. Yong, Carbohydr. Polym. 245 (2020) 116508.
rGO/MMT	Método Hummers	Dispersão de MMT e GO em água tratada com ultrassom, redução prévia in situ com hidrazina, filtração com membranas e secagem a vácuo	Materiais flexíveis, condutores elétricos e retardantes de chama	¹⁴⁹149 C. Zhang , W.W. Tjiu, W. Fan , Z. Yang , S. Huang, T. Liu, J. Mater. Chem. 21, 44 (2011) 18011.
CS/GO/MMT	Método Hummers	Dispersão de MMT, GO e CS tratada com ultrassom, agitação e secagem a vácuo	Formação de materiais com maior resistência à tração	¹⁰³103 M. Yadav, S. Ahmad, Int. J. Biol. Macromol. 79 (2015) 923.
rGO/PVDF/MMT	Método Hummers	Dispersão de GO e MMT, agitação e tratamento com ultrassom; redução de GO com hidrazina; preparação de filmes GO/MMT/PVDF por sonicação e agitação; secagem	Obtenção de PVDF em fase β	¹⁵⁰150 G. Sahoo, N. Sarkar, S.K. Swain, Appl. Clay Sci. 162 (2018) 69.
CS-gel/GO/MMT	Método Hummers	Dispersão de GO e mistura polimérica reticulada por ultrassom; dispersão em MMT e homogeneização por 24 h	Substrato na engenharia de tecido ósseo	¹⁹19 A. Olad, H.B.K. Hagh, Compos. B Eng. 162 (2019) 692.
MoS₂/rGO/MMT⁵	Método de Hummers	Dispersão de MMT com GO (1 mg.mL^-1); agitação magnética por 24 h a 20 °C, reduzida com NaBH₄; obtenção de MMT/rGO; MoS₂ suportado sobre o MMT/rGO por síntese hidrotermal	Catalisador para reação de evolução química de hidrogênio (HER)	¹³³133 K. Peng, H. Wang , H. Gao, P. Wan, M. Ma, X. Li, Chem. Eng. J. 393 (2020) 124704.
GO/MMT	Método Hummers	Dispersão de MMT com GO, sonicada por 8 h; mistura com solução alcoólica de brometo de cetilpiridínio e agitada por 4 h; sólido lavado e seco a vácuo	Atividade antimicrobiana para E. coli e S. aureus	¹⁶⁰160 H. Wu , Y. Yan , J. Feng , J. Zhang , S. Deng, X. Cai , L. Huang , X. Xie, Q. Shi , S. Tan, Biomed. Mater. 15, 5 (2020) 55002.

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