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:
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
A fase que adsorve é o
adsorbato
adsorvente
absorção: o material transferido de uma fase para a outra (exemplo um líquido)
interpenetra a segunda fase para formar uma “solução”.
Adsorção vs dessorção
Adsorção
Adsorbato
Dessorção
Adsorção Física
Principalmente causada por
forças de van der Waals e forças eletrostáticas
as moléculas do
adsorbato
átomos que compõem a
superfície do adsorvente
Características de tais adsorventes:
Tamanho dos poros,
superficial e polaridade
Área
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
•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
Presença dos poros
Sólidos não
porosos, baixa
área superfícial
Sólidos porosos
Superficie alta
de contato
Catalisadores
Sitios ativos em suuportes porosos
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
Inter-connected
(open)
Closed
Open pores are accessible
whereas closed pores are
inaccessible pores. Open pores
can be inter-connected, passing
or dead end.
Passing
(open)
Dead end
(open)
F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous
Solids, Academic Press, 1-25, 1999
Shapes of Pores
Cylindrical
Conical
Spherical or
Ink Bottle
Slits
Pore
Shapes
Interstices
F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic
Press, 1-25, 1999
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
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
Porosity, % =
Volume of pores
Porosidade
Pore size and
its distribution
X 100
Volume of solid (including pores)
Specific Pore volume, cm3/g
=
Total pore volume, cm3
Mass of the solid, g
Classificação dos tamanhos do poros
(IUPAC):
Microporos
0 ~ 2 nm (0 ~ 20 Å)
Mesoporos
2 ~ 50 nm (20 ~ 500 Å)
Macroporos
50 ~ 7500 nm (0,05 µm ~ 7,5 µm )
Megaporos
> 7500 nm ( > 7,5 µm )
O que é Diâmetro de partículas?
Micrografias de partículas reais
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.
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
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.
Área Superficial
Zeólitas são “peneiras moleculares”
Área Superficial
Catalisador
Área Especifica
(m2/g)
H-modernita
H-beta
HZSM-5
569
530
345
NaY
HNaY
CBV 760
757
729
592
CBV 780
678
Área Superficial
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.
Área superficial =
do catalisador
Área a ser ocupada por
cada molécula de gás em
condições determinadas.
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 = f(P/P0)T
V: volume adsorvido
P/P0: pressão relativa
P0: pressão de saturação
Polaridade
Adsorventes polares : chamados de “hidrofílicos”
afinidade com uma substância polar: água e os
álcoois
Exemplos : Aluminosilicatos (zeólitas), Alumina porosa,
Silica gel ou sílic-Alumina
Adsorventes não-polares : chamados de “hidrofóbicos”
Mais afinidade com óleos e hidrocarbonetos do que com água
Exemplos : adsorventes carbonados, adsorventes poliméricos,
silicalitas
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 é a adsorção?
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.
Carvão
Processo de Adsorção
Separação de uma
substância de uma fase
Acumulação ou aumento da
concentração desta substância
sobre uma superfície de um
outro composto
O material concentrado é o
A fase que adsorve é o
adsorbato
adsorvente
N.B.: absorção: o material transferido de uma fase para a outra
(exemplo um líquido) interpenetra a segunda fase para formar
uma “solução”.
Adsorção Física
Principalmente causada por
forças de van der Waals e forças eletrostáticas
as moléculas do
adsorbato
átomos que compõem a
superfície do adsorvente
Características de tais adsorventes:
Área superficial e polaridade
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
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
Polaridade
Adsorventes polares : chamados de “hidrofílicos”
afinidade com uma substância polar: água e os
álcoois
Exemplos : Aluminosilicatos (zeólitas), Alumina porosa,
Silica gel ou sílic-Alumina
Adsorventes não-polares : chamados de “hidrofóbicos”
Mais afinidade com óleos e hidrocarbonetos do que com água
Exemplos : adsorventes carbonados, adsorventes poliméricos,
silicalitas
Classificação dos Poros pelo
tamanho do poro (IUPAC):
Microporos
0 ~ 2 nm (0 ~ 20 Å)
Mesoporos
2 ~ 50 nm (20 ~ 500 Å)
Macroporos
Megaporos
50 ~ 7500 nm (0,05 µm ~ 7,5
µm )
> 7500 nm ( > 7,5 µm )