adsorção de gases sobre superfícies sólidas caracterização física da superfície de sólidos
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Adsorção de Gases sobre Superfícies Sólidas
Caracterização Física da Superfície de sólidos
Três parâmetros principais:
– Área da superfície específica (m2/g)
– Porosidade
– Distribuição de tamanho de poro
O que é a adsorção?Desde dos tempos bíblicos: Uso de um sólido para reter substâncias contidas dentre de líquidos ou gases
Adsorção:
separação preferencial de uma substancia contida numa fase líquida ou gasosa
• Carvão (origem aninal): descoloração de soluções de açúcar e outros alimentos
• Carvão ativado: remoção de gases neurotóxicos dos campos de batalha
• Hoje milhões de aplicações: purificação, separação
Aplicações nas áreas da física, biológica e químicaA nível industrial: carvão ativado e resinas sintéticas são usadas em grande escala para a purificação da água e o tratamento de rejeitos.
Processo de Adsorção
N.B.: absorção: o material transferido de uma fase para a outra (exemplo um líquido) interpenetra a segunda fase para formar uma “solução”.
Separação de uma substância de uma fase
Acumulação ou aumento da concentração desta substância
sobre uma superfície de um outro composto
A fase que adsorve é o
adsorventeO material concentrado é o
adsorbato
Adsorção Física
Principalmente causada por
forças de van der Waals e forças eletrostáticas
as moléculas do adsorbato
átomos que compõem a superfície do adsorvente
Características de tais adsorventes:
Área superficial e polaridade
Área SuperficialVantagem de grande área superficial:
Fornece uma grande capacidade de adsorção
Uma grande superfície interne num volume limitado
presença de uma grande quantidade de poros de pequeno tamanho entre as superfícies de adsorção.
Superfície dos poros
Superfície não porosa
Presença dos poros
Zeólitas e peneira molecular a base de carvão podem ser concebidas especificamente com um tamanho de poros e uma
distribuição de tamanho de poros de maneira a atuar para uma separação específica
O tamanho dos microporos determina a acessibilidade das moléculas de adsorbato para
a superfície interna de adsorção
Assim o tamanho dos poros e sua distribuição é uma propriedade importante para caracterizar
o poder de adsorção do adsorvente
Polaridade
Adsorventes não-polares : chamados de “hidrofóbicos”
Mais afinidade com óleos e hidrocarbonetos do que com água
Exemplos : adsorventes carbonados, adsorventes poliméricos, silicalitas
Adsorventes polares : chamados de “hidrofílicos”
afinidade com uma substância polar: água e os álcoois
Exemplos : Aluminosilicatos (zeólitas), Alumina porosa, Silica gel ou sílic-Alumina
Classificação dos Poros pelo tamanho do poro (IUPAC):
Microporos 0 ~ 2 nm (0 ~ 20 Å)
Mesoporos 2 ~ 50 nm (20 ~ 500 Å)
Macroporos 50 ~ 7500 nm (0,05 µm ~ 7,5 µm )
Megaporos > 7500 nm ( > 7,5 µm )
Isotermas de Adsorção Medida a Temperatura constante do volume adsorvido (Vads) na superfície em função da Pressão do gás adsorvido
Gás adsorvido N2
T= 77 KA 77K e P = 1 atm
equilíbrio entre N2 liquido e N2 gásou
A 77K a pressão de condensação de N2 é 1 atmMedidas de adsorção do gás para P < 1 atm
Escala de Pressão P/Po : 0 - 1
CteTads PfV )(
CteToads P
PfV
Medida experimental
P/Po
Vads
mL/g (SPT)
Classificação das isotermas de Adsorção
Brunauer, Deming, Deming e Teller (BDDT)5 tipos
Condensação Capilar
Fenômeno de Histeresis
Curvas de Adsorção e de Dessorção
• Material poroso• Poros cilíndricos• Raio r
Sólido teórico
Curvas de Dessorção
Exemplos de Sílica Macroporosa
• Isoterma tipo 2
• Formação de multicamadas
• Condensação somente ocorre com P/Po próximas de 1
Isoterma de sílica macroporosa (D > 50 nm):
Exemplo de Sílica Microporosa
• Isoterma do tipo 1 • Enchimento gradual dos
microporos com o adsorbato a baixa pressão relativa
• Sem histerese
Isoterma de sílica microporosa (D < 2 nm):
Exemplo de Sílica Mesoporosa
• Isoterma do tipo 4 • Multicamada de adsorbado• Acima de P/Po = 0,4 há aumento
de gás adsorvido• Perfil horizontal da curva
próxima a P/Po =1 poros cheios com adsorbato líquido.
• Há histerese: o “loop” formado
Isoterma de sílica mesoporosa (D 2~50 nm):