Albert Frederico Barbosa Bittencourt (PIBIC/CNPq/FA/UEM), Maria Angélica Simões Dornellas de Barros (Orientadora),

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Albert Frederico Barbosa Bittencourt (PIBIC/CNPq/FA/UEM), Maria Angélica Simões Dornellas de Barros (Orientadora),"

Marcos Antunes Igrejas
6 Há anos
Visualizações:

1 ADSORÇÃO DE CO 2 EM ZEÓLITAS FAUJASITAS SINTÉTICAS Albert Frederico Barbosa Bittencourt (PIBIC/CNPq/FA/UEM), Maria Angélica Simões Dornellas de Barros (Orientadora), angelica@deq.uem.br. Universidade Estadual de Maringá/Departamento de Engenharia Química/Maringá, PR. Engenharias/Engenharia Química Palavras-chave: zeólita, gás carbônico, isoterma Resumo: O processo de adsorção gasosa foi aplicado na captura de gás carbônico utilizando zeólitas faujasitas sintéticas NaX e NaY, tanto em sua condição original como na forma tratada com lítio (Li-NaX e Li-NaY). A obtenção das isotermas foi realizada por medidas gravimétricas com massa fixa de adsorvente para três diferentes temperaturas, variando a pressão do sistema de 0 a 40 bar. As isotermas obtidas indicam que a presença de lítio na estrutura do adsorvente aumenta a capacidade de adsorção monocomponente de gás carbônico. Introdução A liberação de gás carbônico para a atmosfera destaca-se como uma das principais causas de problemas ambientais. Nesse sentido, a remoção de CO 2 de gases combustíveis tem recebido grande atenção na tentativa de diminuir a emissão desse gás para a atmosfera (SONG, 2006). Dentre os processos de separação e purificação de gases, tem-se a adsorção. O processo de adsorção emprega um material sólido para reter componentes de uma fase fluida em sua superfície. O sólido é conhecido como adsorvente e o composto retido como adsorbato (MACCABE et al., 1993). A maior parte dos adsorventes sólidos apresenta uma complexa estrutura porosa de diferentes formas e tamanhos, de micro a macroporos. O processo de adsorção depende largamente do tamanho dos poros do material. Em adsorventes microporosos o tamanho dos poros se compara ao tamanho das moléculas do adsorbato, permitindo uma interação direta entre eles (DĄBROWSKI, 2001). Existem diversos tipos de adsorventes, dentre os quais, destacam-se as zeólitas. Zeólitas são sólidos cristalinos microporosos compostos por um arranjo tetraédrico de SiO 4 e AlO 4 conectados por átomos de oxigênio. A

2 incorporação do átomo alumínio em sua formação introduz uma carga negativa a estrutura que deve ser compensada pela presença de um cátion externo. A natureza desse cátion externo pode alterar as propriedades adsortivas das zeólitas e, consequentemente, a capacidade de adsorção do material (RUTHVEN, 1984). O trabalho de WALTON et al. (2006) investiga como a adsorção de CO 2 é afetada pela presença de diferentes cátions alcalinos. Para zeólitas X, a capacidade de adsorção aumenta na ordem Cs < Rb < K < Na < Li. Para zeólitas Y, a capacidade de adsorção aumenta também de maneira similar, Cs < Rb K < Na Li. O presente trabalho traz como objetivo a obtenção de isotermas, curvas que mostram a relação de equilíbrio entre a concentração na fase fluida e a concentração no material adsorvente a uma dada temperatura, para CO 2 em zeólitas NaX e NaY, e avaliar a influência da adição de lítio no que se refere à capacidade de adsorção. Materiais e métodos O levantamento de dados de equilíbrio de adsorção foi realizado utilizandose a balança de suspensão magnética (MSB) da marca Rubotherm (Alemanha) instalada no LATI/UEM. Para cada adsorvente estudado foram levantadas as isotermas de adsorção monocomponente de CO 2, nas temperaturas de 20, 30 e 40 ºC e pressões até 40 bar. As análises foram constituídas em quatro etapas: a aquisição dos dados do branco, pré-ativação da amostra, aquisição dos dados de empuxo e a adsorção com o gás de interesse. Para o branco, o sistema foi fechado sem o material adsorvente e, então, passou-se um gás inerte (He) nas mesmas condições de pressão, temperatura e precisão que também foi realizada a adsorção com o gás de interesse. Dessa forma, obtiveram-se os valores de massa e de volume da célula de medição. Para a pré-ativação, realizada com a presença do material adsorvente na célula de medição, a etapa ocorreu sob vácuo até massa constante, para que o material adsorvente ficasse sem contaminantes de gás adsorvidos na superfície do sólido estudado. Quando a massa do material adsorvente se manteve constante, iniciou-se a aquisição dos dados de empuxo, passando o gás inerte (He) nas mesmas condições de pressão, temperatura e precisão que foi realizada a adsorção com o gás de interesse. Assim, foram obtidos os valores de massa e de volume, levando-se em consideração o empuxo. Após esta etapa a adsorção do gás de interesse é iniciada. Por meio do pacote computacional messpro, realizou-se a aquisição dos dados de equilíbrio e automação da medição. Deste modo, obtiveram-se as isotermas de adsorção.

3 Resultados e Discussão As isotermas de equilíbrio monocomponente para CO 2 em zeólitas NaX, Li- NaX, NaY e Li-NaY obtidas a 20, 30 e 40 C com pressões até 40 bar estão representadas nas Figura 1 4, respectivamente. Figura 1 Isoterma de adsorção para zeólita NaX. Preto: 20 C; Azul: 30 C; Figura 2 Isoterma de adsorção para zeólita Li-NaX. Preto: 20 C; Azul: 30 C;

4 Figura 3 Isoterma de adsorção para zeólita NaY. Preto: 20 C; Azul: 30 C; Figura 4 Isoterma de adsorção para zeólita Li-NaX. Preto: 20 C; Azul: 30 C; As figuras acimas mostram que a elevação da temperatura promove uma diminuição na quantidade adsorvida de CO 2. Além disso, a capacidade de adsorção aumentou com a adição de lítio no material adsorvente, tanto para a zeólita NaX quanto para a NaY.

5 A molécula de CO 2, por apresentar um leve comportamento ácido e um momento quadrupolo, tende a interagir mais fortemente com cátions menores, como o lítio, que é mais eletronegativo e permite uma distância de interação mais curta. Conclusões O processo de adsorção em zeólitas NaX e NaY permite a captura de CO 2. A capacidade de retenção desse gás pode ser aumentada com a adição de lítio na estrutura do material adsorvente e mantendo a temperatura do sistema por volta de 20 C. Agradecimentos A professora Maria Angélica S. D. de Barros, pela oportunidade e orientação, e a Joziane G. Meneguin, pelo suporte durante a pesquisa. Referências DĄBROWSKI, A. Adsorption from theory to practice. Advances in Colloid and Interface Science, v. 93, n. 1-3, p , MACCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOT, P. Adsorption. In:. Unit operations of chemical engineering. New York: McGraw Hill, p RUTHVEN, D. M. Principles of adsorption and adsorption processes. New York: John Wiley & Sons, SONG, C. Global challenges and strategies for control, conversion and utilization of CO 2 for sustainable development involving energy, catalysis, adsorption and chemical processing. Catalysis Today, v. 115, n. 1-4, p. 2-32, WALTON, K. S.; ABNEY, M. B.; LEVAN, M. D. CO 2 adsorption in Y and X zeolites modified by alkali metal cation exchange. Microporous and Mesoporous Materials, v. 91, n. 1-3, p , 2006.

Documentos relacionados

Avaliação da capacidade de adsorção de CO 2 em zeólitas 13X e 5A através do Método Gravimétrico

Avaliação da capacidade de adsorção de CO em zeólitas 13X e 5A através do Método Gravimétrico Autores: Diego Oliveira Lisboa *1, Rodrigo Carvalho Fagundes *1, Yakine Santana Lima * Orientadores: Paulo