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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/64514
Tipo: | Dissertação |
Título: | Síntese e avaliação de microesferas ocas de sílica para adsorção de vapor de água |
Autor(es): | Santos, Bianca Ferreira dos |
Orientador: | Vilarrasa-García, Enrique |
Coorientador: | Azevedo, Diana Cristina Silva de |
Palavras-chave: | Adsorção;Sílica;Vapor de água |
Data do documento: | 2022 |
Citação: | SANTOS, Bianca Ferreira dos. Síntese e avaliação de microesferas ocas de sílica para adsorção de vapor de água. 67f. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal do Ceará, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Fortaleza, 2022. |
Resumo: | A adsorção de água contempla aplicações importantes, seja no contexto do uso de fontes de energia menos poluidoras, que é o caso da secagem de gás natural, ou no enfrentamento da escassez de água através da captação de água do ar atmosférico. Em ambos os cenários, é essencial o estudo de materiais alternativos, uma vez que os materiais comumente utilizados e que apresentam elevadas capacidades de adsorção de água em baixas pressões relativas (zeólitas) precisam de temperaturas mais elevadas para serem regenerados, aumentando o consumo energético do processo. Assim, o objetivo desse trabalho é avaliar a aplicação de microesferas ocas de sílica sintetizadas com diferentes razões etanol/água (EtOH/H2O) (0,4; 1,0; 2,0 e 6,0) na adsorção de água, correlacionando a capacidade de adsorção de água dos materiais com suas propriedades texturais e físico-químicas. As amostras foram caracterizadas através de isotermas de adsorção/dessorção de N2 a -196 °C, isotermas de adsorção/dessorção de CO2 a 0 °C, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), espalhamento de Raios-X a baixo ângulo (SAXS), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e análise termogravimétrica. Ainda, a capacidade de adsorção de água das amostras foi avaliada através de isotermas de adsorção de água a 25, 40 e 55 °C. Em geral, o aumento da razão EtOH/H2O resultou em uma redução moderada das propriedades texturais e contribuiu para o desenvolvimento morfológico das amostras, favorecendo a formação de esferas. Além disso, as análises de FTIR indicaram que todas as amostras apresentam bandas características das unidades estruturais básicas de uma sílica. Com relação à capacidade de adsorção de água a 25 °C, as amostras apresentam capacidades comparáveis às de adsorventes comerciais em altas pressões relativas, porém, para baixas pressões relativas, as zeólitas ainda apresentam capacidades superiores. Já as isotermas de água a 55 °C demonstraram que um aumento de 30 °C causa uma redução significativa (≈ 80%) na capacidade de adsorção, sugerindo que essas amostras podem ser regeneradas em temperaturas mais brandas. Ainda, ciclos de adsorção/dessorção de água indicaram que as amostras podem ser interessantes para aplicações que envolvam processos cíclicos, pois suas capacidades de adsorção não foram afetadas ao longo dos ciclos realizados. Por fim, as amostras sintetizadas não são muito indicadas para a secagem de gás natural, entretanto, podem ser interessantes para a captação de água do ar atmosférico, considerando principalmente o comportamento linear das isotermas de água a baixas pressões relativas e a fácil regeneração. |
Abstract: | The water adsorption has important applications, whether in the context of using less harmful energy sources, which is the case of natural gas drying, or facing the water scarcity through water atmospheric harvesting. In both scenarios, the study of alternative materials is essential, since the materials commonly used and which have high water adsorption capacities at low relative pressures (zeolites) need higher temperatures to be regenerated, increasing the process energy consumption. Thus, the goal of this work is to evaluate the application of hollow microspheres of silica synthesized with different ethanol/water (EtOH/H2O) ratios (0.4; 1.0; 2.0 and 6.0) in water adsorption, correlating the water adsorption capacity of the materials with its textural and physical-chemical properties. The samples were characterized by N2 adsorption/desorption isotherms at -196 °C, CO2 adsorption isotherms at 0 °C, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), small angle X-ray scattering (SAXS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and thermogravimetric analysis. In addition, the water adsorption capacity of the samples was evaluated by water adsorption isotherms at 25, 40 e 55 °C. In general, increasing the EtOH/H2O ratio resulted in a moderate reduction in the textural properties and contributed to the samples morphological development, favoring the formation of spheres. Moreover, the FTIR indicated that all samples have characteristic bands of basic structural units of silica. Regarding the water adsorption capacity at 25 °C, the samples present capacities comparable to those of commercial adsorbents at high relative pressures, however, at low relative pressures, the zeolites still present higher capacities. On the other hand, water isotherms at 55 °C demonstrated that an increase of 30 °C causes a significant reduction (≈ 80%) in the adsorption capacity, suggesting these samples can be regenerated at milder temperatures. In addition, water adsorption/desorption cycles indicated that the samples can be considered for applications involving cyclic processes, as their capacities were not affected throughout the cycles performed. Finally, the synthesized samples are not recommended for natural gas drying, however, they may be suitable for capturing water from the atmospheric air, mainly considering the linear behavior of the water isotherms at low relative pressures and easy regeneration. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/64514 |
Aparece nas coleções: | DEQ - Dissertações defendidas na UFC |
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