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Fenômenos de Adsorção

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Fenômenos de Adsorção. Definições iniciais. O que é a adsorção?. Processo utilizado desde tempos remotos: Uso de um sólido para reter substâncias contidas dentre de líquidos ou gases. Adsorção :

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fen menos de adsor o

Fenômenos de Adsorção

Definições iniciais

o que a adsor o
O que é a adsorção?

Processo utilizado desde tempos remotos:Uso de um sólido para reter substâncias contidas dentre de líquidos ou gases

Adsorção:

Acumulação ou aumento da concentração desta substância sobre uma superfície de um outro composto. Pode ocorrer separação preferencial de uma substancia contida numa fase líquida ou gasosa – Ex. Cu em cachaça.

O material concentrado é o adsorbato

A fase que adsorve é o adsorvente

absorção: o material transferido de uma fase para a outra (exemplo um líquido)

interpenetra a segunda fase para formar uma “solução”.

adsor o vs dessor o
Adsorção vs dessorção

Dessorção

Adsorção

Adsorbato

adsor o f sica
Adsorção Física

átomos que compõem a superfície do adsorvente

as moléculas do adsorbato

Características de tais adsorventes:

Tamanho dos poros, Área superficial epolaridade

Principalmente causada por

forças de van der Waals e forças eletrostáticas

slide5

Adsorção física (fisisorção??)

→ Interações de Van der waals entre adsorvato e substrato

Exemplo: água em peneira molecular 4A (zeólita)

Interação íon-dipolo → ΔHads ≈ -60 kJ mol-1

Entalpia de adsorção tem magnitude da entalpia de condensação do adsorvato

ΔHcond(H2O)= -44 kJ mol-1

→ Adsorção é reversível

slide6

Adsorção química (quimisorção)

  • → Ligação química (compartilhamento de e-) entre adsorvato e substrato

Exemplo: CO em superfície de CeO2

ΔHads ≈ -120 kJ mol-1

Entalpia de adsorção tem magnitude de entalpias de ligação química

→ Molécula pode se dissociar em fragmentos adsorvidos

→ Adsorção pode não ser reversível

presen a dos poros
Presença dos poros

Sólidos não porosos, baixa área superfícial

Sólidos porosos

Superficie alta

de contato

Catalisadores

Sitios ativos em suuportes porosos

poros em materiais
Poros em materiais
  • Sólido não poroso
  • Baixa área superficial
  • Baxio volume específico de poros

Sólido poroso

  • Alta área superficial
  • Alto volume específico de poros

F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic Press, 1-25, 1999

poros abertos vs poros fechados
Poros abertos vs Poros fechados

Closed

Inter-connected

(open)

Open pores are accessible whereas closed pores are inaccessible pores. Open pores can be inter-connected, passing or dead end.

Dead end (open)

Passing (open)

F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic Press, 1-25, 1999

shapes of pores
Shapes of Pores

Cylindrical

Slits

Pore

Shapes

Spherical or

Ink Bottle

Conical

Interstices

F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic Press, 1-25, 1999

presen a dos poros1
Presença dos poros

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

Adsorventes podem ser preparados com propriedades específicas, com tamanho e distribuição de tamanho de poros de maneira a atuar em separações específicas.

medidas de porosidade
Medidas de porosidade

Três parâmetros são importantes para descrever a porosidade; área superficial específica, volume médio dos poros e diâmetro dos poros e sua distribuição.

Specific Surface Area, m2/g =

Total surface area, m2

Mass of the solid, g

Porosidade

Porosity, % =

Volume of pores

X 100

Volume of solid (including pores)

Specific Pore volume, cm3/g

Pore size and

its distribution

Total pore volume, cm3

=

Mass of the solid, g

o que di metro de part culas
O que é Diâmetro de partículas?

Micrografias de partículas reais

distribui o de forma e tamanho de part culas
Distribuição de forma e tamanho de partículas

Duas “populações” de partículas são encontradas, com picos máximos em 5 a 50 nm.

Se a distribuição é convertida em volume, encontra-se uma razão entre esses 2 picos (no caso, de 1:1000, podendo variar de acordo com a amostra do sólido analisado).

Ainda, a “intensidade” obtida dá uma idéia sobre a distribuição do tamanho das partículas.

rea superficial
Área Superficial

Vantagem 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 não porosa

Superfície dos poros

rea superficial1
Área Superficial

O área superficial de um catalisador determina a acessibilidade dos reagentes aos sítios ativos.

A magnitude desta área determina que um catalisador promove satisfatoriamente una reação química. A maioria das partículas, tens superfícies bastante irregulares.Estas irregularidades podem ir desde escala atômica ate gretas o poros relativamente grandes.

rea superficial2
Área Superficial

Zeólitas são “peneiras moleculares”

rea superficial4
Área Superficial

Área a ser ocupada por cada molécula de gás em condições determinadas.

Área superficial do catalisador

=

Propriedades Texturais

Área superficial

Método de adsorção gasosa:

Baseado na determinação da quantidade de um gás inerte, requerido para formar uma camada mono molecular sobre a superfície do catalisador a uma temperatura constante.

slide21

Área superficial

O método de adsorção gasosa de N2 a 77 K é muito usada na catalise heterogênea.

Equação que representa a isoterma de adsorção

V: volume adsorvido

P/P0: pressão relativa

P0: pressão de saturação

V = f(P/P0)T

polaridade
Polaridade

Adsorventes polares : chamados de “hidrofílicos”

afinidade com uma substância polar:águaeos álcoois

Exemplos : Aluminosilicatos (zeólitas), Alumina porosa, Silica gel ou sílic-Alumina

Adsorventes não-polares : chamados de “hidrofóbicos”

Mais afinidade comóleos e hidrocarbonetosdo que com água

Exemplos :adsorventes carbonados, adsorventes poliméricos, silicalitas

principais caracter sticas dos adsorventes
Principais características dos adsorventes

Carvões

  • Carvão (origem animal):descoloração de soluções de açúcar e outros alimentos
  • Carvão ativado: material de carbono com uma porosidade bastante desenvolvida. Este tipo de carvão é obtido a partir da queima controlada com baixo teor de oxigênio de certas madeiras, em temperaturas entre 800°C a 1000°C, tomando-se o cuidado de evitar que ocorra a queima total do material de forma a manter sua porosidade.
  • Coleta seletivamente gases, líquidos ou impurezas no interior dos seus poros, apresentando portanto um excelente poder de clarificação, desodorização e purificação de líquidos ou gases.
o que a adsor o2
O que é a adsorção?

O Carvão Ativado normalmente é 100 vezes mais poroso que o carvão comum, esta porosidade esta diretamente ligada

à "limpeza" que o material sofre na ativação, que consiste em remover as substâncias

contidas nos poros obstruídos do carvão comum.

Este processo é realizado em fornos ativadores a uma temperatura de aproximadamente 800 ºC, e atmosfera redutora; deixando

ligações de ligação abertas no interior dos poros.

Quanto à forma os carvões ativados são:

Granulados; utilizados em filtros coluna, material de

boa resistência mecânica.

Pulverizados; dosados diretamente no produto a

ser tratado, e posteriormente removido.

processo de adsor o
Processo de Adsorção

Acumulação ou aumento da concentração desta substância sobre uma superfície de um outro composto

Separação de uma substância de uma fase

A fase que adsorve é o adsorvente

O material concentrado é o adsorbato

N.B.: absorção: o material transferido de uma fase para a outra (exemplo um líquido) interpenetra a segunda fase para formar uma “solução”.

adsor o f sica1
Adsorção Física

átomos que compõem a superfície do adsorvente

as moléculas do adsorbato

Características de tais adsorventes:

Área superficial epolaridade

Principalmente causada por

forças de van der Waals e forças eletrostáticas

rea superficial5
Área Superficial

Vantagem 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 não porosa

Superfície dos poros

presen a dos poros2
Presença dos poros

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

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

polaridade1
Polaridade

Adsorventes polares : chamados de “hidrofílicos”

afinidade com uma substância polar:águaeos álcoois

Exemplos : Aluminosilicatos (zeólitas), Alumina porosa, Silica gel ou sílic-Alumina

Adsorventes não-polares : chamados de “hidrofóbicos”

Mais afinidade comóleos e hidrocarbonetosdo que com água

Exemplos :adsorventes carbonados, adsorventes poliméricos, silicalitas