O artigo apresenta um método para analisar a distribuição de tamanho de microporos em carvões porosos utilizando adsorção de CO₂ a 273 K (0 °C). O objetivo é oferecer uma alternativa mais rápida e económica em comparação com os métodos tradicionais baseados na adsorção de N₂ ou Ar a temperaturas criogénicas.

1. Contexto científico

Materiais de carvão ativado (fibras, pellets, grânulos ou pó) são amplamente utilizados em:

• filtros de ar

• purificação de água

• remoção de contaminantes orgânicos

• aplicações médicas, ambientais e agrícolas

A caracterização destes materiais normalmente inclui:

• Área superficial BET

• Distribuição de tamanho de poros (PSD – Pore Size Distribution)

Tradicionalmente, a PSD é obtida a partir de isotermas de adsorção de N₂ a 77 K ou Ar a 87 K.

Problema dos métodos tradicionais

A temperaturas criogénicas ocorre:

• difusão muito lenta das moléculas nos microporos

• dificuldades de equilíbrio na adsorção

• erros na determinação de poros ultramicroporosos (<0,7 nm)

Isso torna o processo lento e menos preciso.

2. Vantagem da adsorção de CO₂ a 273 K

A utilização de CO₂ a 273 K resolve esses problemas porque:

• a difusão nos microporos é mais rápida

• a análise pode ser realizada a pressões mais elevadas

• reduz-se o tempo de medição

• diminui o custo do equipamento

Este método permite caracterizar poros muito pequenos com maior eficiência.

3. Configuração experimental

O estudo foi realizado com instrumentos Anton Paar Nova 600 e 800.

Diferença principal entre análises com N₂ e CO₂

Para maior estabilidade térmica recomenda-se:

• Dewar com circulação de fluido refrigerante

• mistura de anticongelante + água

  4. Preparação da amostra

  Para obter resultados confiáveis:

  • usar ≥ 0,2 g de amostra

  • escolher a menor célula possível para reduzir volume morto

  • realizar degaseificação a alta temperatura

  • remover umidade ou contaminantes antes da análise

  • usar hélio para medir volume morto

   

  Se o objetivo for combinar dados com análise de N₂, deve-se usar a mesma amostra.
   

  5. Análise dos resultados

  As isotermas de adsorção foram obtidas para três carvões ativados:

  • F400

  • ACF-15

  • BAM P109

  O cálculo da distribuição de microporos foi realizado pelo método:

  DFT (Density Functional Theory).

  Antes do tratamento dos dados é necessário corrigir o valor de pressão de saturação do CO₂:

  $$p_0 = 26141 \text{ Torr a 273 K}$$

  Após essa correção, obtém-se a distribuição de microporos.

  Intervalo de poros analisado

  A adsorção de CO₂ permite caracterizar poros entre:

  0,35 nm – 1,5 nm

  Para poros maiores (micro e mesoporos maiores) recomenda-se combinar análises com N₂ ou Ar.
   

  6. Conclusões do artigo

  • Os instrumentos Nova 600 e 800 podem ser utilizados para análise de microporos em carvões ativados.

  • A adsorção de CO₂ a 273 K fornece resultados comparáveis a instrumentos mais caros.

  • O método é mais rápido e economicamente eficiente.

  • O software permite combinar distribuições de poros de diferentes adsorvatos, produzindo uma caracterização completa dos poros.