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Title in Portuguese: Uso de modelos virtuais para caracterização de carbono ativado
Title: Virtual models applied to activated carbon characterization
Author: Silvino, Pedro Felipe Gadelha
Advisor(s): Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
Keywords: Engenharia química
Adsorção
Simulação
Issue Date: 27-Jan-2014
Citation: SILVINO, P. F. G. Uso de modelos virtuais para caracterização de carbono ativado. 2014. 66 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
Abstract in Portuguese: Carbonos ativados são materiais amorfos representados por uma distribuição de tamanho de poros (PSD) que usualmente reproduz a isoterma experimental de N2 a 77 K. Presentemente esta distribuição é obtida com o uso do modelo de carbono ativado de placas paralelas de grafeno e isotermas calculadas por simulação molecular. Neste estudo avaliou-se a influência do uso de modelos de poros de carbono ativado mais realistas sobre a caracterização, bem como a possibilidade de representar o carbono ativado por uma PSD mínima constituída de apenas três poros. Isotermas de adsorção foram calculadas utilizando-se o algoritmo de Monte Carlo no ensemble grande canônico e comparadas com as isotermas experimentais de carbonos ativados comerciais. O método de deconvolução com mínimos quadrados não negativos foi utilizado para determinação das PSDs. Observou-se que modelos contendo fatores de heterogeneidade mostraram-se mais precisos que os modelos simplificados. Notou-se ainda que efetivamente o carbono ativado pode ser representado por uma PSD mínima de três poros sem perda significativa de precisão. Além disso, demonstrou-se que a distribuição mínima pode ser usada para elaborar modelos virtuais de carbono que são úteis no estudo de heterogeneidades. Finalmente propomos o uso da PSD mínima em substituição ao cálculo clássico de tamanho médio de poros.
Abstract: Activated carbons are amorphous materials represented by a pore size distribution (PSD) which usually reproduce the experimental isotherm of N2 at 77 K. Presently, we obtain this distribution using the activated carbon slit-pore model and isotherms calculated by molecular simulation. In this study, we have evaluated the extent to which the use of more realistic activated carbon models influences on the characterization, as well as the possibility of representing the activated carbon by a minimum three-pore PSD. Adsorption isotherms were calculated using the Grand Canonical ensemble within the Monte Carlo method, and compared with experimental isotherms of commercial activated carbons. The deconvolution method with non negative least squares was used to determine the PSDs. We observed that the models containing heterogeneity factors were more accurate than the simplified models, and that activated carbons could be well represented by a minimum three-pore distribution without significant loss of precision. Furthermore, we demonstrated that the minimum PSD could be applied to formulate virtual porous carbon models that are useful in the heterogeneity study. Finally, we propose the use of the minimum PSD to replace the classical calculations of average pore size.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/10634
metadata.dc.type: Dissertação
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