Adsorção de gás

A adsorção de gás pode ser amplamente classificada em dois tipos distintos: fisissorção e quimissorção, cada uma impulsionada por mecanismos de interação únicos. Esses processos fornecem insights críticos sobre as propriedades dos materiais, permitindo que cientistas e engenheiros analisem a área da superfície, a porosidade e o comportamento catalítico.

Fisissorção

Os analisadores de adsorção de gás Micromeritics são ideais para caracterizar a área de superfície e a estrutura dos poros dos materiais. Esses instrumentos medem a quantidade de gás adsorvido sob condições controladas de temperatura e pressão, fornecendo insights detalhados sobre porosidade do material, distribuição do tamanho dos poros e área de superfície específica. Esses dados são essenciais para setores como o de produtos farmacêuticos, materiais de bateria e desenvolvimento de adsorventes.

Quimissorção

Para estudos de quimissorção, os analisadores Micromeritics são projetados para avaliar a reatividade química e os locais de superfície ativos dos materiais. Esses sistemas medem a força e a quantidade de interações gás-superfície, ajudando a caracterizar catalisadores, monitorar reações de superfície e otimizar o desempenho do catalisador em processos como hidrogenação, craqueamento e reforma. Esta capacidade é inestimável na pesquisa de catálise e desenvolvimento de processos para setores de energia e produtos químicos.

A tecnologia avançada da Micromeritics garante resultados reprodutíveis e dados robustos, capacitando os pesquisadores a entender e otimizar completamente as propriedades do material para suas aplicações específicas. 

A teoria de Brunauer-Emmett-Teller (BET) é um método amplamente adotado para medir a área de superfície específica dos materiais. Normalmente, o gás nitrogênio (N₂) é usado como adsorvente devido à sua interação favorável com a maioria das superfícies. Ao analisar a quantidade de gás adsorvido a várias pressões, a equação BET facilita o cálculo da área superficial do material.

A área de superfície BET de um material é calculada a partir da capacidade de camada única que é o volume da primeira camada única de moléculas de gás ou átomos adsorvidos na superfície.	A equação BET é linearizada para calcular convenientemente a capacidade de camada única a partir da inclinação e interceptação do eixo y do gráfico de transformação BET, que deve atingir um coeficiente de correlação suficientemente alto para um cálculo BET válido, que é tipicamente 0,999.

A adsorção de gás permite a caracterização e análise estrutural da porosidade do material. À medida que a pressão do gás aumenta, os poros dentro do material começam a encher. Esse processo começa com poros menores e progride para maiores até que todos estejam saturados. No geral, a adsorção de gás é aplicável aos poros que variam de aproximadamente 0,35 nm a aproximadamente 400 nm de diâmetro. Uma vez que os detalhes da curva de isoterma sejam expressos com precisão como uma série de pressão vs. quantidade adsorvida, uma série de métodos diferentes (teorias ou modelos) podem ser aplicados para determinar a distribuição do tamanho dos poros.

A análise de adsorção de gás desempenha um papel crítico em diversas indústrias, fornecendo insights detalhados sobre as propriedades dos materiais, permitindo a otimização de processos e produtos. Abaixo estão as principais aplicações e como elas beneficiam vários setores:

Catálise

O desempenho dos catalisadores é fortemente influenciado pela área de superfície, porosidade e disponibilidade ativa do local. As técnicas de adsorção de gás, como a quimissorção, permitem a caracterização precisa de superfícies de catalisador, ajudando os pesquisadores a avaliar propriedades como dispersão, interações de suporte metálico e resistência de adsorção. Esses dados são cruciais para otimizar eficiências de reação em processos como síntese química, refinação de petróleo e controle de emissões.

Produtos farmacêuticos

No desenvolvimento de medicamentos, a área de superfície e a porosidade dos pós-farmacêuticos impactam diretamente a solubilidade, as taxas de dissolução e a biodisponibilidade. Os instrumentos de adsorção de gás são usados para analisar essas propriedades, garantindo que as formulações de medicamentos sejam projetadas para desempenho, estabilidade e entrega ideais. Isso é particularmente importante para medicamentos inaláveis e formulações de liberação controlada.

Caracterização de materiais da bateria

Para tecnologias de armazenamento de energia, como baterias de íons de lítio e de estado sólido, materiais de eletrodos com áreas de superfície elevadas e porosidade controlada são essenciais para melhorar o armazenamento de carga e o transporte de íons. A análise de adsorção de gás permite a avaliação precisa dessas características materiais, contribuindo para o desenvolvimento de baterias de maior capacidade, de maior duração e mais eficientes.

Ciência ambiental

A adsorção de gás é fundamental para o estudo dos materiais utilizados para a captura e remoção de poluentes, como carbonos ativados e zeólitos. Ao analisar a capacidade de adsorção, a estrutura dos poros e as interações gás-sólido, os pesquisadores podem otimizar materiais para capturar gases de efeito estufa, compostos orgânicos voláteis e metais pesados. Esta tecnologia possibilita ar e água mais limpos e práticas industriais sustentáveis.

A análise de adsorção de gás é uma ferramenta indispensável para o avanço da pesquisa e inovação de materiais em todos esses setores, oferecendo dados precisos e acionáveis para o desenvolvimento de produtos e otimização de processos. 

Quais são outros métodos para caracterizar uma porosidade de materiais?

Intrusão de mercúrio e fluxo capilar

Qual é a diferença entre fisissorção e quimissorção

A fisissorção e a quimissorção são os tipos primários de adsorção de gás. As diferenças são destacadas na tabela abaixo:

Fisissorção (adsorção física)	Quimissorção (adsorção química)
Não seletivo	Seletivo
Interações fracas (van der Waals)	Interações fortes (ligações químicas)
Menos energia	Mais energia
Reversível	Irreversível e reversível

Na Malvern Panalytical, fornecemos soluções avançadas para análise de adsorção a gás, incorporando os instrumentos líderes do setor da Micromeritics para fornecer dados precisos e confiáveis para caracterização de materiais. Esses sistemas são projetados para atender diversas aplicações, desde medições básicas da área de superfície até análises de porosidade e catalíticas em profundidade.

Com essas soluções, capacitamos pesquisadores e profissionais da indústria a obter insights mais profundos sobre propriedades materiais, permitindo o desenvolvimento de produtos inovadores e processos eficientes. A experiência da Malvern Panalytical, combinada com a tecnologia comprovada da Micromeritics, garante resultados confiáveis e excelente suporte para suas necessidades de análise de adsorção de gás.

• Nota de aplicação: Caracterização de ânodos avançados da bateria com a área de superfície BET da adsorção do gás e a energia de superfície de DFT
• Nota de aplicação: Análise de adsorventes para captura direta de ar de dióxido de carbono usando análise inovadora

Prática recomendável para área de superfície BET

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