ISOTERMAS DE ADSORÇÃO

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Isotermas de adsorção
Físico-química b – qui 195
Discentes:
Beatriz de Paula Valverde
Daiana Rocha do Espírito Santo
Nadia Neto Moura
Thamires Almeida Sanches
Wellington Justimiano Reis
27 de novembro, 2018
Ouro Preto - MG
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Sumário
1. INTRODUÇÃO.........................................................................................................3 
1.1 PERFIL GRÁFICO DAS ISOTERMAS DE ADSORÇÃO..........................................3
1.2 CLASSIFICAÇÃO DE BRUNAUER E DE PIERCE..................................................4
2. CLASSIFICAÇÃO DE GILES ...................................................................................6
2.1 CLASSES E SUBGRUPOS DE ISOTERMAS.............................................................7
3. MODELO DE LANGMUIR........................................................................................9
3.1 FORMAÇÃO DE MONOCAMADAS...................................................................11
3.2 A EXPRESSÃO DA ISOTERMA DE LANGMUIR.....................................................12
4. MODELO DE FREUNDLICH......................................................................................15
4.1 A EXPRESSÃO DA ISOTERMA DE FREUNDLICH...................................................15
5. CONSTRUÇÃO DE ISOTERMAS.............................................................................16
6. APLICAÇÃO NO ÂMBITO INDUSTRIAL...................................................................17
7. CONCLUSÃO............................................................................................................22
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................23
 
 
2
Introdução
3
1.1 PERFIL GRÁFICO DAS ISOTERMAS DE ADSORÇÃO
Isotermas de adsorção são curvas que permitem a obtenção de vários parâmetros cinéticos que são utilizados em alguns estudos envolvendo fenômenos de superfícies.
Quanto à sua natureza, podem ser:
lineares;
côncavas;
convexas.
Qe(mg/g)
Ce(ppm)
linear
favorável
muito favorável
desfavorável
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1.2 CLASSIFICAÇÃO DE BRUNAUER E PIERCE
CLASSIFICAÇÃO DE BRUNAUER ( I – V )
I
II
III
IV
V
CLASSIFICAÇÃO DE PIERCE ( VI )
VI
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Figura 1. Comparativo de tamanho de poros em escala micro, meso e macro
Fonte: Adsorção: aspectos teóricos e aplicações ambientais, editora UFC. 2014.
Figura 2. Exemplo de adsorvente com microporos, mesoporos e macroporos
Fonte: Relatório de química de superfícies QUI-224, UFGRS.
3. Classificação de Giles
As isotermas de adsorção sólido-líquido podem ser classificadas em quatro classes denominadas S, L, H e C baseadas na forma inicial da isoterma e também classificadas em 5 subgrupos (GILES et al.,1960).
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Isotermas do tipo S (sigmoidal): apresentam uma curvatura inicial voltada para cima, pois as interações adsorvente-adsorvato são mais fracas que as interações adsorvato-adsorvato e solvente-adsorvente.
Isotermas do tipo L (de Langmuir): possuem curvatura inicial voltada para baixo devido a diminuição da disponibilidade dos sítios ativos com o aumento da concentração.
Fonte: GILES et al.,1960.
Isotermas do tipo H (high affinity): aparecem quando o adsorvato tem grande afinidade pelo adsorvente. A quantidade adsorvida inicial é alta e logo após, o equilíbrio é alcançado.
Isoterma do tipo C (constant partition): possuem um início linear indicando que o número de sítios ativos é constante ao longo do aumento da concentração.
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Fonte: GILES et al.,1960.
Subgrupos
Subgrupo 1 - não apresenta platôs (área de planície elevada).
Subgrupo 2 - Indica a saturação da superfície em que o adsorbato tem mais afinidade pelo solvente do que pelas moléculas já adsorvidas. 
Subgrupo 3 - caracterizada por uma subida após um ponto de inflexão.
Subgrupo 4 - Indica a formação de camadas múltiplas de adsorvato adsorvido. 
Subgrupo 5 - A isoterma apresenta um máximo a altas concentrações. É um caso raro e indica que em altas concentrações do adsorvato as interações adsorvato - adsorvato aumentam muito mais rapidamente do que as atrações adsorvato - adsorvente. 
Para contar os platôs, pontos de inflexão e máximos, as isotermas podem ser classificadas em subgrupos. Os subgrupos são definidos por seu comportamento a altas concentrações
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 O modelo de Langmuir é um dos usados para descrever processos de adsorção tanto de interfaces líquido-sólido quanto gás-sólido.
 Possui como características:
 Inclinação elevada
 Pressão de saturação no qual nenhum soluto
 se adsorve mais.
Figura 3. Fotografia de Irving Langmuir 
Fonte: Researchgate Journal, UK.
Modelo de Langmuir
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10
Valor da quantidade de adsorvente na pressão máxima 
Valor da quantidade adsorvente suficiente para formar uma monocamada.
Fonte: Google Imagens
Figura 4. Modelo gráfico da isoterma de Langmuir
Formação de monocamadas
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Valor da quantidade de adsorvente na pressão máxima
=
Valor da quantidade de adsorvente suficiente para formar uma monocamada
Primeira parte da isoterma, correspondente a água de hidratação
Estas, são comuns em processos de quimiossorção onde o soluto adsorvido possui nteração fraca
Expressão da isoterma de Langmuir 
De acordo com Langmuir o fenômeno de adsorção deve ser tratada como uma reação química: 
 
Logo, pode ser associada com uma constante termodinâmica de equilíbrio:
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 A + S AS 
⇌
Kads = [𝐴𝑆] 
 [𝑆][𝐴]
 
(1)
(2)
Associando a constante K e o coeficiente de atividade (θ), obtém-se a equação de Langmuir:
Cada sítio comporta apenas uma molécula adsortiva;
Todos os sítios de adsorção são iguais;
A adsorção ocorre em monocamadas;
Existe um número de soluto definido.
 Esta equação pode ser linearizada:
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 ai = 𝐾𝑎𝑑𝑠 * 𝐶𝑖𝑒𝑞𝑖 * qi,max
 1 + 𝐾𝑎𝑑𝑠 * 𝐶i 𝑒𝑞𝑖
(3)
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Figura 5. Modelo gráfico da isoterma de Langmuir linearizada
Fonte: Google Imagens
 1 1
 𝑞𝑖𝑚á𝑥 + 𝐾𝑎𝑑𝑠 * 𝑞𝑖𝑚á𝑥 * 𝐶𝑖𝑒
 
qi =
(3)
Modelo de Freundlich
 1º a equacionar a relação entre quantidade de substância adsorvida por um adsorvente e a concentração da solução no equilíbrio usando dados empíricos;
Superfícies heterogêneas, sist. Não ideais, multicamada;
Distribuição exponencial para caracterizar os tipos de sítios adsortivos, que possuem diferentes energias de adsorção;
Falha em ↑ C de adsorvato.
 n≥1 = adsorção favorável 
Sítios com ↑ energia, Ligação + forte 
Figura 5. Hebert Freundlich
Fonte: Researchgate Journal, UK.
 
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Construção das isotermas:
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Freundlich
Langmuir
Linear, n=1
 Concentração de adsorvato no eq.
(x/m)
Fonte: Google Imagens
Quantidade de soluto adsorvido versus concentração de soluto na solução no eq. 
Figura 6. Comparação das isotermas
Aplicação no âmbito industrial
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As isotermas de adsorção são utilizadas na triagem preliminar de um adsorvente em leitos fixos de adsorção. 
Figura 7. Isoterma de adsorção para o corante azul de metileno com carvão ativado
Fonte: Google Imagens
Fonte: Google Imagens
Figura 8. Esquema de um leito fixo
Aplicação no âmbito industrial
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Um sistema de leito fixo convencional é composto de uma coluna em que partículas do adsorvente, com características específicas são colocadas em contato com a solução a ser tratada. 
Fonte: Google imagens
Figura 9. Sistema de leito fixo convencional
Aplicação no âmbito industrial
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Purificação de proteínas
Remoção de poluentes orgânicos 
Descoloração de óleo vegetal e mineral
Os leitos fixos são econômicos e possuem diversas aplicações na indústria.
Figrua 10. Sistema de adsorção para remoção de compostos
Fonte: Google Imagens
Aplicação no âmbito industrial
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A construção de isotermas de adsorção são realizadas em batelada, sendo limitadas a pequenos volumes de efluentes e não fornecem dados para o dimensionamento dos sistemas contínuos
Figura
11. Esquema de um sistema de leito fixo
Fonte: Ferreira, 2014
Aplicação no âmbito industrial
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O comportamento dinâmico e a eficiência de uma coluna de leito fixo são melhores descritos pela construção de uma curva de ruptura. 
Figura 12. Curva de ruptura dos íons metálicos Cu2+ , Zn2+ e Ni2+ 
Fonte: Ferreira,2014
Os dados coletados em escala de laboratório servem como base para design de colunas em grande escala de leitos adsorvedores
Conclusão
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As curvas de adsorção são importantes na físico-química de superfície, pois possibilitam avaliar a eficiência de adsorventes. 
Possuem ampla aplicação na predição de materiais de leito fixo em colunas na indústria. 
Referências Bibliográficas
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Ferreira, Ronaldo Nascimento; et all. Adsorção: aspectos teóricos e aplicações práticas. Fortaleza. Impressa Universitária, 2014.