Adsorção, Notas de estudo de Engenharia de Materiais

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Fundamentos e aplicação

Elton Torres Zanoni

ADSORÇÃO

Criciúma, 2017

Sumário

 Introdução

 (^) O que é Adsorção  (^) Conceitos e princípios básicos  (^) Quimissorsão e Fisissorção  (^) Área de Superfície

 Propriedades do adsorvente e do adsorbato

 Isotermas

 (^) As classes

 Características de adsorção

 Materiais adsorventes

 Materiais zeólitos

 Materiais mesoporosos

 Nanopartículas mesoporosas e suas características

 Aplicação da adsorção

 (^) Artigo (Uso de nanotecnologia na remoção de contaminantes oleosos)

INTRODUÇÃO QUIMISSORÇÃO E FISISSORÇÃO Adsorção física, a ligação do adsorvato à superfície do adsorvente envolve uma interação relativamente fraca que pode ser atribuída às forças de Van der Waalls , que são similares às forças de coesão molecular. Quimissorção, a qual envolve a troca ou partilha de elétrons entre as moléculas do adsorvato e a superfície do adsorvente, (^4) de 35

INTRODUÇÃO ÁREA DE SUPERFÍCIE Adsorção é um fenômeno de superfície. Quanto maior a área superficial do adsorbato, maior a capacidade do material adsorver. Área de superfície aumenta com a diminuição do tamanho de partícula Fonte: SCHAEFER, 2010 (^5) de 35

O tamanho da espécie é sempre importante quando a taxa de adsorção é dependente do transporte intraparticular. Outra característica de forte influência é a polaridade do adsorvato, uma vez que uma espécie polar terá mais afinidade para o solvente ou para o adsorvente, conforme a polaridade. Os grupos polares (hidroxilas, carboxílicos, aminas etc) são bastante comuns em materiais lignocelulósicos. Tais grupos têm uma afinidade por metais bastante conhecida, promovendo uma melhor interação entre o íon metálico e a ROPRIEDADES DO ADSORBATO INTRODUÇÃO Polaridade Funcionalidade (^7) de 35

Quando o adsorvato é colocado em contato com o adsorvente, as moléculas ou íons tendem a fluir do meio aquoso para a superfície do adsorvente até que a concentração de soluto na fase líquida ( Ce ) permaneça constante. Nesse estágio é dito que o sistema atingiu o estado de equilíbrio e a capacidade de adsorção do adsorvente ( qe ) é determinada INTRODUÇÃO EQUILÍBRIO DE ADSORÇÃO q = ( Co - Ce ) V m apacidade de adsorção q: capacidade de adsorção; Co: concentração inicial do adsorvato; Ce: concentração do adsorvato no equilíbrio; V: volume da solução; (^8) de 35

Uma das primeiras tentativas de classificar curvas de adsorção surgiu por volta de 1922 com Ostwald e Izaguire que descreve utilizando sistemas de soluções binárias. Brunauer posteriormete define cinco sistemas de adsorção usando adsorção em fase vapor. INTRODUÇÃO (^10) de 35

ISOTERMAS Sistema de Classificação As quatro principais classes de isotermas são as denominadas: Curvas S (Sigmoidal) Curvas L (Langmuir) Curvas H (High Afinty ) Curvas C (Constant partition ) (^11) de 35

fil de uma isoterma permite identificar uma boa ou má eficiência sorção de um material ISOTERMAS (^13) de 35

Inicialmente a inclinação é linear e convexa em relação ao eixo da abcissa. A adsorção inicialmente é baixa aumentando posteriormente. Indicativo de orientação vertical de moléculas adsorvida na superfície que auxilia na fixação das demais moléculas adsorvidas. Isso se chama adsorção cooperativa.

Curvas S

No início da curva S a inclinação se dá pelo oposto, devido às condições de interação intermoleculares Uma molécula de soluto é mais estável adsorvido com moléculas adjacentes já adsorvido, do que isoladamente como em b. Resulta em isoterma do tipo S. A bifuncionalidade da molécula deixa estável tanto com moléculas adjacentes adsorvidas, como também de forma isolada. Resulta em isoterma do tipo L ISOTERMAS (^14) de 35

ISOTERMAS

Curvas L

Isotermas de Langmuir, Geralmente indicativo de moléculas adsorvidas na superfície, ou, às vezes, de íons adsorvidos orientados verticalmente com forte atração intermolecular. adsorção em sítios específicos do adsorvente Planar Características:

1. As moléculas são adsorvidas de forma planar
2. Baixa competição com solvente
3. Número específico de sítios ativos (^16) de 35

ISOTERMAS

Curvas H

A parte inicial da isoterma é vertical e aparecem quando o soluto apresenta alta afinidade pelo adsorvente. A capacidade de adsorção em baixas concentrações do adsorvente é extremamente alta, atingindo o equilíbrio rapidamente. frequentemente se dá por solutos adsorvidos em forma de miscelas iônicas e por alta afinidade de troca iônica (^17) de 35

Adsorbato Monocamada Multicamada

I

III II

IV

CARACTERÍSTICAS DE ADSORÇÃO

V

Condensação nos poros e capilares (^19) de 35

MATERIAIS ADSORVENTES Materiais adsorventes são em geral porosos Possuem alta área de superfície, sendo estes materiais naturais ou sintéticos. Entre os mais conhecidos estão as zeólitas e o carvão ativado Zeólita Fonte: Rafatullah et al (^20) de 35