fenomenos-de-adsorcao-1

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Fenômenos de Adsorção
Definições iniciais
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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”.
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Adsorção vs dessorção
Adsorbato
Adsorção
Dessorção
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Adsorção Física
Principalmente causada por 
forças de van der Waals e forças eletrostáticas
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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
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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
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Presença dos poros
Sólidos não porosos, baixa área superfícial 
Sólidos porosos 
Superficie alta 
de contato
Catalisadores 
Sitios ativos em suuportes porosos
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F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic Press, 1-25, 1999
Poros em materiais
Sólido não poroso
 Baixa área superficial
 Baxio volume específico de poros
Sólido poroso
 Alta área superficial
 Alto volume específico de poros
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Poros abertos vs Poros fechados
Dead end (open)
Closed
Inter-connected 
(open)
Passing (open)
F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic Press, 1-25, 1999
Open pores are accessible whereas closed pores are inaccessible pores. Open pores can be inter-connected, passing or dead end.
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Shapes of Pores
Conical
Interstices
F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic Press, 1-25, 1999
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Presença dos poros
Adsorventes podem ser preparados com propriedades específicas, com tamanho e distribuição de tamanho de poros de maneira a atuar em separações específicas.
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Medidas de porosidade
Pore size and 
its distribution
Specific Surface Area, m2/g = 
Porosidade
Três parâmetros são importantes para descrever a porosidade; área superficial específica, volume médio dos poros e diâmetro dos poros e sua distribuição. 
Mass of the solid, g
Total surface area, m2
Specific Pore volume, cm3/g
Mass of the solid, g
Total pore volume, cm3
=
Porosity, % = 
Volume of solid (including pores)
Volume of pores
X 100
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Classificação dos tamanhos do poros (IUPAC):
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O que é Diâmetro de partículas?
Micrografias de partículas reais
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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.
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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 dos poros
Superfície não porosa
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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. 
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Área Superficial
Zeólitas são “peneiras moleculares”
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Área Superficial
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Área Superficial
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.
Método de adsorção gasosa:
Propriedades Texturais
Área superficial
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O método de adsorção gasosa de N2 a 77 K é muito usada na catalise heterogênea.
V = f(P/P0)T
V: volume adsorvido
P/P0: pressão relativa
P0: pressão de saturação
Equação que representa a isoterma de adsorção 
Área superficial
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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
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Principais características dos adsorventes
 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. 
Carvões
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O que é a adsorção?
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O que é a adsorção?
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. 
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. 
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Carvão
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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 adsorvente
O material concentrado é o adsorbato
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Adsorção Física
Principalmente causada por 
forças de van der Waals e forças eletrostáticas
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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 dos poros
Superfície não porosa
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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
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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
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Classificação dos Poros pelo tamanho do poro (IUPAC):
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All solids can be classified in to two categories; porous and non-porous solids. Porous solids are those that have high surface area and high pore volume where as non-porous solids are those that have low surface area and low pore volume. In general, all solids to some extend are porous except ceramics fired at high temperatures.
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Pores can be open or closed. Open pores are accessible where as closed pores are inaccessible. Open pores 
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The three measure of a porous solids are surface area, pore size and its distribution and pore volume.