A Importância da Adsorção

Importância da Adsorção

A adsorção ocorre sempre que uma superfície sólida é exposta a um gás ou líquido: ela é definida como o enriquecimento de material ou aumento da densidade do fluido na vizinhança de uma interface. Sob certas condições, há um aumento apreciável no concentração de um determinado componente e o efeito global é então dependente a extensão da área interfacial. Por esta razão, todos os adsorventes industriais têm áreas de superfície específicas (geralmente bem acima de 100m 2 g-l) e são, portanto, altamente poroso ou composto de partículas muito finas.

A adsorção é de grande importância tecnológica. Assim, alguns adsorventes são utilizados em grande escala como dessecantes, catalisadores ou suportes de catalisadores; outros são usados ​​para o separação de gases, a purificação de líquidos, o controle da poluição ou protecção.

Além disso, os fenômenos de adsorção desempenham um papel vital em muitos estados sólidos reações e mecanismos biológicos.

Outra razão para o uso generalizado de técnicas de adsorção é a importância agora ligado à caracterização das propriedades de superfície e textura de multa pós, tais como pigmentos, enchimentos e cimentos.

 Da mesma forma, medições de adsorção são realizados em muitos laboratórios acadêmicos e industriais sobre materiais porosos como argilas, cerâmicas e membranas. Em particular, a adsorção de gás tornou-se dos procedimentos mais amplamente utilizados para determinar a área de superfície e o tamanho dos poros distribuição de uma gama diversificada de pós e materiais porosos.

Os tipos mais antigos de adsorventes industriais (por exemplo, carvão ativado e sílica gel) são geralmente não-cristalino e suas estruturas de superfície e poros, portanto, tendem a ser mal definido e difícil de caracterizar. Há, no entanto, um número crescente de adsorventes com estruturas de poros intracristalinos (por exemplo, zeólitos e aluminofosfatos). Um grande interesse está sendo mostrado no design de outros novos materiais poros de tamanho e forma bem definidos.

1.2. Aspectos Históricos

Vários fenômenos que agora associamos à adsorção eram conhecidos antiguidade. As propriedades adsorventes de tais materiais como argila, areia e carvão vegetal de madeira foram utilizados pelos antigos egípcios, gregos e romanos (Robens, 1994). Estas aplicações eram abrangentes e incluíam a dessalinização da água, a clarificação de gordura e óleo e o tratamento de muitas doenças.

Há muito se sabe que certas formas de carvão podem absorver grandes volumes de gás. Os primeiros estudos quantitativos parecem ter sido feitos por Scheele em 1773 e independentemente por Priestley em 1775 e Abbott Fontana em 1777 (Deitz, 1944; Forrester e Giles, 1971).

As propriedades de descoloração do carvão vegetal foram investigadas pela primeira vez pelo químico russo Lowitz em 1785.

A natureza exotérmica da adsorção de gás foi observado por Saussure em 1814 e as primeiras medições do calor de adsorção de vários gases no carvão foram publicados por Favre em 1854, que falou do molhamento de sólidos por gases. No entanto, não foi até 1881 que as primeiras tentativas foram feitas por Chappuis e Kayser para relacionar a quantidade de gás adsorvida à pressão.

Naquele ano, Kayser (1881)  introduziu o termo adsorção e nos próximos anos os termos isoterma e curva isotérmica foram aplicados aos resultados de adsorção medições feitas a temperatura constante (ver Forrester e Giles, 1971).

Foi observado por Leslie em 1802 que o calor foi produzido quando o líquido foi adicionado a um pó. O calor desenvolvido pela imersão de areia seca na água foi descrito por Pouillet em 1822. Esse fenômeno exotérmico tornou-se conhecido na França como o 'Efeito Pouillet'. Gore (1894) reconheceu que a quantidade de calor estava relacionada ao área de superfície do pó, enquanto Gurvich (1915) sugeriu que também depende da polaridade do líquido e da natureza do pó.

As primeiras isotermas de adsorção da solução foram provavelmente aquelas relatado por van Bemmelen em 1881 (Forrester e Giles, 1972). Em suas investigações do poder "absorvente" dos solos, van Bemmelen observou a importância do coloidal estrutura e chamou a atenção para a relevância do estado final (ou seja, o equilíbrio concentração) da solução em contato com o solo.

Uma série de isotermas sólidas de soluto foi determinada nos próximos 20 anos incluindo aqueles para a absorção de iodo e vários corantes por carvão e outros adsorventes, mas muitos dos investigadores ainda acreditavam que o processo envolvido penetração na estrutura sólida. Freundlich, em 1907, foi um dos primeiros a apreciar o papel da superfície sólida. Ele propôs uma relação matemática geral para a isoterma, a que agora nos referimos como a equação de adsorção de Freundlich.

Em 1909, McBain relatou que a absorção de hidrogênio por carbono parecia ocorrer em dois estágios: um rápido processo de adsorção pareceu ser seguido por um processo de absorção no interior do sólido. McBain cunhou o termo sorção para cobrir ambos os fenômenos. Nos últimos anos, foi considerado conveniente usar "sorção" quando não for possível fazer uma distinção clara entre os estágios de aceitação, e também usá-lo para denotar a penetração de moléculas em poros muito estreitos (Barrer, 1978).

Durante os primeiros anos do século XX, várias investigações quantitativas de adsorção de gás. Os avanços mais importantes na teoria interpretação dos dados de adsorção de gás foram feitas por Zsigmondy, Polanyi e Langmuir: suas idéias definiram o cenário para grande parte da pesquisa realizada no passado 80 anos.

Em 1911, Zsigmondy apontou que a condensação de um vapor pode ocorrer em poros estreitos a pressões bem abaixo da pressão de vapor normal do líquido a granel. Esta explicação foi dada para a grande absorção de vapor de água por sílica gel e foi baseado na extensão de um conceito originalmente proposto por Thomson (Lord Kelvin) em 1871. Agora é geralmente aceito que a condensação capilar desempenha um importante papel na fisissorção por sólidos porosos, mas que a teoria original de Zsigmondy não pode ser aplicado a poros de dimensões moleculares.

A teoria proposta por Polanyi em 1914 foi desenvolvida a partir de uma ideia mais antiga de longrange forças atrativas que emanam da superfície sólida. A camada adsorvida foi retratada como um filme comprimido espesso de densidade decrescente com aumento na distância de a superfície. A "teoria do potencial" original não deu uma equação para a adsorção isoterma, mas, em vez disso, forneceu um meio de estabelecer uma "curva característica" - relacionando o potencial de adsorção à quantidade adsorvida - para um dado sistema. Apesar de sua apelo inicial, logo se tornou evidente que os princípios subjacentes ao potencial teoria não eram consistentes com o tratamento emergente de forças intermoleculares.