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.

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zeólitos

adsorventesSecagem, purificação e separação de gases e hidrocarbonetos

Permutadores iónicos

Catalisadores em processos de refinação – catálise heterogénea

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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.

Fórmula geral: Mz[(AlO2)x(SiO2)y].wH2O

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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.

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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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Processo de síntese (exemplo)

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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!

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Aplicações industriais: permutadoresAplicação 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

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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.

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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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http://www.iza-online.org/

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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).

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Carvão activado

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.

Indústria de alimentos: adsorção de moléculas que causam gosto, cor e odor indesejáveis.

Medicamento no tratamento de desintoxicações

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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 aosporos internos e fissuras: a superfície específica tem pouca influência sobre a capacidade do carvão activo.

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

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Isotérmicas de adsorção

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