Síntese de zeólitas LTA para captura de CO2 - Silva, Aryandson da (2023)
O aquecimento global é o principal problema ambiental enfrentado pela humanidade moderna e o CO2 é o principal gás causador desse problema. Por esse motivo, diversas pesquisas vêm sendo realizadas para mitigar ou diminuir sua emissão para a atmosfera. Dentre essas pesquisas os processos adsortivos utilizando zeólitas aparecem como uma possibilidade de minimização desse problema. Neste trabalho, zeólitas LTA usando três fontes de silício diferentes foram sintetizadas para serem aplicadas na adsorção de CO2, sendo elas, o resíduo industrial LIASA, o resíduo cinzas leve de carvão e sílica aerosill 200. Esses materiais passaram por processos de troca catiônica, para trocar o sódio presente na sua estrutura por cálcio sendo aplicados na adsorção de CO2 em temperatura ambiente (23 °C) até 7500 mmHg, e em 200°C de 3750 mmHg até 18750 mmHg. Foram também realizados testes de adsorção de N2 nas mesmas condições do CO2 e adsorção com mistura gasosa CO2/CH4 em leito fixo para calcular seletividade de adsorção. Por último foi realizado a análise de ciclos de adsorção nas condições de temperatura ambiente (23 °C) até 7500 mmHg. Análises de difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), indicaram que a zeólita LTA foi obtida a partir de todas as matérias primas utilizadas, porém, com cristalinidades diferentes. As análises de adsorção/dessorção de argônio, a 77K, demonstraram que a troca catiônica foi realizada e, as zeólitas LTA na forma cálcica, foram obtidas, sendo evidenciado pelo aumento da área específica, volume de poros e volume de microporos. Os materiais utilizados apresentaram boa capacidade de adsorção para CO2, variando entre 2,64 mmol/g e 4,25 mmol/g em 7500 mmHg, sendo os materiais padrões e comercial obtendo os melhores resultados, os materiais obtidos a partir de cinzas de carvão, exibiram a menor capacidade de adsorção, já a zeólita sintetizada pelo resíduo LIASA apresentou uma capacidade de adsorção próxima da zeólita padrão e da zeólita comercial. Após a troca iônica, a quantidade adsorvida por todos os materiais aumentou, consideravelmente, mantendo a ordem de quantidade adsorvida, variando de 2,55 mmol/g e 5,39 mmol/g em 7500 mmHg. Ao comparar com os modelos de Langmuir, Freündlich e Temkin, foi visto que todos apresentaram uma aproximação maior com o modelo de Temkin, caracterizando uma adsorção prioritariamente física no material. Ao analisar as isotermas nas condições mais extremas, vemos que o material também possui uma boa capacidade de adsorção, e com o aumento da pressão, ainda continua aumentando a quantidade adsorvida mesmo em temperaturas mais elevadas. Analisando a seletividade dos materiais por CO2 e N2, vemos que o material sintetizado a partir de resíduo apresentou uma maior seletividade tanto na forma sódica com 5,04 mmolCO2/mmolN2 em 7500 mmHg, quanto na forma cálcica com seletividade igual a 3,90 mmolCO2/mmolN2 em 7500 mmHg, o que pode significar que, por possuir uma menor cristalinidade, parte de sua estrutura porosa possui defeitos que impedem uma maior difusão do N2 em comparação com o CO2. Também foi observado uma boa seletividade na adsorção em leito fixo com mistura gasosa CO2/CH4, onde é possível ver que o material tem seletividade ao CO2, porém, nesse caso, a zeólita comercial com cálcio apresentou os melhores resultados de adsorção e seletividade apresentando uma seletividade total igual a 4,39 mmolCO2/mmolCH4. Nos ciclos de adsorção, percebe-se que todos os materiais apresentam uma pequena diminuição a partir do segundo ciclo e após cinco ciclos, a maior redução foi de 0,34 mmol/g para a zeólita padrão, o que pode estar relacionado com algum processo de quimissorção que esteja acontecendo no material, já que o material não foi totalmente regenerado com um alto vácuo durante uma hora.