CÁLCULO DA ÁREA DA SUPERFÍCIE DE UM CATALISADOR ATRAVÉS DO ESTUDO DA ISOTERMA DE BET

...

Gráfico 1: Isoterma de BET para a reação .

[pic 3]

Para plotar a Isoterma de BET, observou-se o ponto em que o volume adsorvido começou a decrescer, identificando como o ponto de inicio da desorção.

A isoterma de BET é expressa pela equação abaixo, onde C é o coeficiente de partição da fase não adsorvida com a adsorvida, P é a pressão, Po é a pressão de saturação do gás, V é o volume total de gás adsorvido e Vmono é a capacidade de adsorção na monocamada, ou seja, é o volume de gás adsorvido quando a superfície do sólido está completamente coberta por uma monocamada.

V = [pic 4]

A forma linearizada para a adsorção está escrita abaixo :

[pic 5]

Dividindo-se todos os termos da equação linearizada de BET por Po:

[pic 6]

A equação de BET linearizada tem o intervalo de validade: 0,05

0

Tabela 2: Pontos (x,y) para a equação linearizada.

P/P0

Vol. Adsorvido (cm³/g STP)

y

0,057598

95,5780

6,39E-04

0,076829

100,5484

8,28E-04

0,099963

105,7301

1,05E-03

0,120024

109,8211

1,24E-03

0,140043

113,7301

1,43E-03

0,160106

117,5076

1,62E-03

0,180255

121,2421

1,81E-03

0,200397

124,9397

2,01E-03

0,246586

133,4937

2,45E-03

0,301773

144,1166

3,00E-03

A partir da equação linearizada da teoria de BET é possível construir um gráfico de uma reta (y = a.x + b), conforme mostrado no Gráfico 2, no qual y = , x= , o coeficiente angular = a = e o coeficiente linear = b = [pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

A equação obtida pela linearização da equação de BET para a adsorção do gás foi : y = 0,00096x + 8 x 10-5. Logo, a = 0,00096 e b = 8 x 10-5.

Gráfico 2: Linearização da equação da isoterma de BET para a adsorção do gás.

[pic 11]

Para o cálculo da área da superfície do catalisador usando a equação da isoterma de BET, é necessário anteriormente, calcular o Vmono e o C usando as equações abaixo e os valores dos coeficientes angulares e lineares obtidos anteriormente.

[pic 12]

Então,

[pic 13]

[pic 14]

cm³/g STP[pic 15]

b= [pic 16]

Com os valores de Vmono e C calcula-se a área superficial total do catalisador utilizado a equação abaixo:

[pic 17]

Em que, Vmono é o volume da monocamada, NA é o número de Avogadro (6,022x1023), Am é a área da seção transversal ocupada para 1 molécula de gás nitrogênio (N2) adsorvido e M é o volume molar adsorvido.

O volume adsorvido encontra-se em CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão em português ou STP - Standard Temperature and Pressure), o que significa temperatura à 273,15 K e pressão à 1 bar. Sendo assim, tem-se que o volume de 1 mol de gás ocupa 22,4 L (22400 cm3).

Tabela 3: Parâmetros necessários para o cálculo da área superficial do catalisador.

Vmono (cm³/g STP)

103,306

NA (moléculas / mol)

6,02 x 1023

Am (cm2)

1,62 x 10-15

M (cm3)

22400

Massa amostra (g)

0,1119

4499179,2 cm2 /g[pic 18]

Área superficial do catalisador: 4499179,2 cm2 /g

Área superficial total do catalisador: 4499179,2 cm2 /g *0,1119 g = 503.458,15 cm2

Área superficial total do catalisador = 50,35 m2

A estrutura porosa do material também pode ser determinada através dos dados obtidos no laboratório e com os conhecimentos teóricos.

Comparando-se a curva plotada com os dados experimentais para a isoterma de BET para a reação (Gráfico 1) com a figura 1, mostrada abaixo, tem-se que a isoterma se aproxima mais com a imagem H3, logo, a estrutura do material é mesoporoso, com poros com formato de cunha, cones ou placas paralelas.

Figura 1 : Isotermas relacionadas com a estrutura porosa do material.[pic 19]

CONCLUSÕES

Com os dados obtidos no laboratório para a reação catalítica do nitrogênio com um catalisador,