Química das Superfícies e Interfaces

Química das Superfícies e Interfaces Adsorventes com impacto tecnológico: zeólitos e carvão activado Valentim M. B. Nunes Departamento de Engenharia Química e do Ambiente 2009

Química das Superfícies e Interfaces Ao longo do Curso foram exploradas as áreas clássicas da Química das Superfícies e Interfaces, com algum detalhe (nalguns casos) e abrangência. Iremos, nesta lição, aprofundar um assunto abordado anteriormente, as superfícies sólidas, centrando o estudo em dois tipos de materiais com larga aplicação industrial: os zeólitos e os carvões activados.

Química das Superfícies e Interfaces Secagem, purificação e separação de gases e hidrocarbonetos adsorventes zeólitos Catalisadores em processos de refinação – catálise heterogénea Permutadores iónicos

Química das Superfícies e Interfaces A origem do termo zeólito deve-se ao químico e mineralogista Axel Fredrik Cronstedt e deriva das palavras gregas “zein” (ferver) e “lithos” (pedra). • A partir de 1954 os zeólitos sintéticos começaram a ser utilizados como peneiros moleculares em processos industriais de separação e purificação de gases • A mais importante utilização (catálise heterogénea) iniciou-se em 1962 – cracking catalítico.

Química das Superfícies e Interfaces Um zeólito é um aluminosilicato cristalino (mineral ou sintético) com estrutura microporosa e cavidades bem definidas ocupadas por iões e moléculas de H2O com liberdade de movimento para troca por outros iões e desidratação reversível. Fórmula geral: Mz[(AlO2)x(SiO2)y].wH2O

Química das Superfícies e Interfaces Estrutura Os zeólitos apresentam uma estrutura tridimensional com uma porosidade regular de dimensões comparáveis às das moléculas orgânicas, sendo as aberturas dos poros variáveis de 3 a cerca de 10 A. Contêm AlO4- e SiO4 ligados pelo oxigénio. O zeólito A contém quantidades iguais de silício e alumínio. Os poros são formados por anéis de 4, 6 e 8 átomos de oxigênio, sendo a dimensão do maior poro igual a 4,1 Å

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Química das Superfícies e Interfaces Processo de síntese (exemplo)

Química das Superfícies e Interfaces Aplicações industriais: adsorção Peneiros moleculares. Condensação capilar, em resultado das pequenas dimensões aumentando a concentração superficial do adsorvido. Selectividade da adsorção devido à existência de cargas (moléculas polares) Exemplo: secagem de gases!

Química das Superfícies e Interfaces Aplicações industriais: permutadores Aplicação em grande expansão, consiste na utilização de zeólitos como coadjuvantes em detergentes domésticos, para remoção de catiões, como o cálcio e o magnésio, para redução da dureza da água. Remoção de amónia dos esgotos urbanos

Química das Superfícies e Interfaces Aplicações industriais: catálise Selectividade das moléculas por motivos geométricos, e efeitos cinéticos ligados à difusão. Elevada área específica ou área BET. Exemplo: Cracking catalítico para obtenção de gasolinas com C5~C6 de índice de octano elevado.

Química das Superfícies e Interfaces In petrochemical processing, zeolites are used as catalysts for Fluid Catalytic Cracing (FCC process), a process which transforms long-chain alkanes (heavy oil) into shorter ones (petrol), to enhance the octane number of the petrol by producing branched species.

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Química das Superfícies e Interfaces O carvão activado é um material de carbono com uma porosidade bastante acentuada. Com o recurso a técnicas de adsorção de azoto a 77 K, pode verificar-se que contém essencialmente microporos. O carvão activado tem a capacidade de colectar selectivamente gases, líquidos ou impurezas no interior dos seus poros, apresentando portanto uma excelente capacidade de clarificação, desodorização e purificação de líquidos ou gases (tratamento de efluentes).

Química das Superfícies e Interfaces Medicamento no tratamento de desintoxicações Tratamento de água: purificação de águas de abastecimento público Reciclagem de águas industriais: remoção de substâncias presentes nas águas, como por exemplo, naftalenos, dodecilbenzeno, sulfonato, benzeno e fenol. Carvão activado Indústria de alimentos: adsorção de moléculas que causam gosto, cor e odor indesejáveis.

Química das Superfícies e Interfaces O carvão activado é caracterizado pela elevada superfície específica (m2/g); 600 a 1600 m2/g, com valores típicos na faixa de 900 m2/g. Contudo, a actividade do carvão está associada aos poros internos e fissuras: a superfície específica tem pouca influência sobre a capacidade do carvão activo.

Química das Superfícies e Interfaces Activated carbon (AC) filters have been used in home water purification systems primarily to remove taste and odor

Química das Superfícies e Interfaces Isotérmicas de adsorção

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