O nível de industrialização da sociedade atual tem vindo a aumentar de forma exponencial desde a Revolução Industrial, impactando de forma positiva o crescimento económico, mas com igual impacto negativo no ambiente e ecossistemas, derivado da poluição gerada pelo mesmo. Com vista a minimizar e regulamentar os níveis de poluição, várias medidas têm vindo a ser implementadas, com o foco principal nos poluentes prioritários e recalcitrantes. Adicionalmente, vários esforços têm sido realizados, por parte da comunidade científica, no sentido de desenvolver materiais que se mostrem promissores na deteção e remoção destes poluentes, entre estes materiais é interessante destacar os hidrogéis e nanocompósitos.No decorrer do trabalho experimental desenvolvido, foram sintetizados 24 hidrogéis de acrilamida, reticulados com N,N’-metileno-bis-acrilamida, com diferentes concentrações de monómero (entre 0,7 e 2,5 M) e percentagem de reticulante (entre 1% a 10%). Destas poliacrilamidas, 16 possuíam incorporadas na estrutura pontos quânticos de carbono, que foram sintetizados por síntese assistida por microondas, utilizando como precursores ácido-cítrico e ureia, em quatro proporções diferentes ([CD_AC]; [CD_1:3]; [CD_1:1]; [CD_3:1]).A caracterização dos polímeros, por diferentes técnicas, permitiu concluir que os mesmos são estruturas complexas e bastante reticuladas, com boas estabilidades térmicas (até cerca de 250 ºC) e que apresentam na estrutura a presença de diversos grupos funcionais hidrofílicos, nomeadamente grupos amina (-NH2) e grupos carbonilo (-C=O), característicos do monómero que os originou. A presença destes grupos hidrofílicos é essencial para o estabelecimento de interações electroestáticas inter e intramoleculares, sendo que, os valores de potencial zeta entre 0 e ±10 mV confirmam que estes compostos são altamente instáveis e possuem uma elevada tendência para formar agregados.Os estudos fotofísicos dos pontos de carbono demonstram que as propriedades dos mesmos são influenciadas pelo pH, observando-se alterações especialmente a pH mais ácidos. Adicionalmente, observa-se que a dopagem destas nanoestruturas com átomos de nitrogénio apresenta benefícios não só na estabilidade dos compostos a variações deste fator, mas também que influencia de forma positiva a emissão de fluorescência e, consequentemente o rendimento quântico deste processo. Os pontos de carbono com maior percentagem de nitrogénio na estrutura ([CD_3:1]) apresentam-se como materiais promissores para aplicações como sondas fluorescentes (Φ_F = 24,6%).Dos compostos sintetizados, quatro polímeros sem pontos de carbono ([1M1%], [1M5%], [2,5M1%] e [2,5M5%]) foram estudados, por espetroscopia de ultravioleta-visível, como possíveis adsorventes de dinitrobenzeno e 1-naftaldeído, sendo que, foi determinado que possivelmente esta técnica não é sensível às alterações/interações que estão a ocorrer entre o polímero e os adsorvatos. Assim, foram realizados estudos de adsorção analisados por fluorescência, onde se estudou a capacidade dos polímeros sem pontos de carbono, dos polímeros com [CD_3:1] incorporados, e dos [CD_3:1] isolados de matriz, para adsorção/interação com o 1-naftaldeído. A interação entre os diferentes adsorventes e o adsorvato leva à formação de agregados e a processos de indução de emissão de fluorescência, em consequência deste mesmo facto. As cinéticas associadas a este processo, para cada composto, podem ser ajustadas por modelos de distribuição de Weibull (para todos os polímeros sem pontos de carbono, um dos polímeros com pontos de carbono incorporados ([0,7M2%_CD_3:1]) e para os pontos de carbono [CD_3:1]) e por equações de pseudo-primeira ordem para os restantes compósitos.

The level of industrialization of society has currently been increasing exponentially since the Industrial Revolution, positively impacting economic growth, but with an equal negative impact on the environment and ecosystems, because of the pollution generated by it. With the objective of minimizing and regulate pollution levels, several measures have been adopted, with a focus on priority and recalcitrant pollutants. Furthermore, several efforts have been made by the scientific community to develop materials that show promise in detecting and removing these pollutants. Among these materials, it is interesting to highlight hydrogels and nanocomposites.During the experimental work developed, 24 acrylamide hydrogens were synthesized, crosslinked with N,N'-methylene-bis-acrylamide, with different monomer concentrations (between 0.7 and 2.5 M) and crosslinker percentages (between 1% and 10%). Of these polyacrylamides, 16 had carbon quantum dots incorporated in their structure, which were synthesized by microwave-assisted synthesis, using citric acid and urea as precursors, in four different proportions ([CD_AC]; [CD_1:3]; [CD_1:1]; [CD_3:1]).The characterization of polymers, using different techniques, allows us to conclude that they are complex and highly cross-linked structures, with good thermal stability (up to approximately 250 ºC) and that in their structure are present several hydrophilic groups, namely amine groups (-NH2) and carbonyl groups (-C=O), characteristic of the monomer that originated them. The presence of these hydrophilic groups is essential for the establishment of inter and intramolecular electrostatic interactions, being confirmed by the zeta potential values between 0 and ±10 mV that these compounds are highly unstable and have a high tendency to form aggregates.Photophysical studies of carbon dots demonstrate that their properties are influenced by pH, however, they change especially at more acidic pHs. Additionally, it is observed that doping these nanostructures with nitrogen atoms presents benefits not only in the stability of the compounds regarding variations in this factor, but also that it positively influences the fluorescence emission and, consequently, the quantum yield of this process. Carbon dots with the highest percentage of nitrogen in their structure ([CD_3:1]) appear as promising materials for applications as fluorescent probes (Φ_F = 24.6%).).Of the synthesized compounds, four polymers without carbon quantum dots ([1M1%], [1M5%], [2.5M1%] and [2.5M5%]) were studied, by ultraviolet-visible spectroscopy, as possible adsorbents of dinitrobenzene and 1-naphthaldehyde, and it was determined that this technique is possibly not sensitive to the changes/interactions that are occurring between the polymer and the adsorbate. Thus, adsorption studies analysed by fluorescence were carried out, where the capacity of polymers without dots, polymers incorporated with [CD_3:1], and [CD_3:1] isolated from the matrix, was studied for adsorption/interaction with 1-naphthaldehyde. The interaction between the different adsorbents and the adsorbate leads to the formation of aggregates and the processes of aggregation-induced emission, because of this. The kinetics associated with this process, for each compound, can be adjusted by Weibull distribution models (for all polymers without carbon dots, one of the polymers with incorporated carbon quantum dots ([0.7M2%_CD_3:1]) and for [CD_3:1] carbon dots) and by pseudo-first order equations for the remaining compounds.

Dissertação de Mestrado em Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia

Outro - O mestrado foi parcialmente financiado pela Marinha Portuguesa