Characterization of carbon fibers synthesized from banana stem and decorated with cerium oxide (CeO2) nanoparticles

Abstract

El desarrollo de compuestos de fibras de carbono a partir de precursores de biomasa ha estimulado el interés de los científicos debido a sus propiedades físicas y químicas únicas, pero sobre todo por su biodegradabilidad, disponibilidad, peso ligero y bajo costo. Ecuador como uno de los mayores exportadores de banano del mundo, produce una gran cantidad de residuos agroindustriales. En el presente estudio, las fibras de carbono (CF) obtenidas del tallo del banano se tratan mediante un proceso de descomposición química inducido térmicamente, denominado pirólisis, donde la biomasa se convierte en sus constituyentes simples por acción del calor. En este sentido, con el fin de mejorar las interacciones de las CF y agregar funcionalidades suplementarias para aplicaciones biomédicas, las CF se funcionalizan con nanopartículas de óxido de ceria (CeO2) a concentraciones de 3.57 mM y 7.14 mM generando y/o uniendo grupos funcionales a la superficie. Con la finalidad de realizar un análisis cuantitativo y cualitativo a nivel superficial se utilizan dos técnicas de caracterización. La microscopía electrónica de barrido (SEM) se aplica para dilucidar la morfología de la superficie, el tamaño de las partículas y su distribución, así como la información cuantitativa sobre los diámetros de las fibras. Con este análisis, se registra un promedio de 1.35 µm para el diámetro de la fibra y los tamaños de las partículas se encuentran entre 0 y 200 nm. Además, según la concentración, se puede evidenciar diferentes tamaños en las aglomeraciones y la distribución de las partículas a lo largo de la fibra de carbono. Por otro lado, la técnica de caracterización de espectroscopia Raman apoya la interpretación de la información estructural, las interacciones de los grupos funcionales y los enlaces químicos. El análisis de deconvolución de los datos obtenidos presenta cinco contribuciones (bandas D1, D2, D3, D4 y G) mismas que exhiben una estructura desordenada o amorfa. Finalmente, según la relación de intensidad máxima (ID/IG) se confirma la presencia de nanopartículas de (CeO2) a lo largo de las fibras de carbono.