Study of thermodynamic relationships in nanostructured materials applied to adsorption and systems with curved interfaces

Autor: Enil Almeida Brescia
Přispěvatelé: Wander Luiz Vasconcelos, Viviane Santos Birchal, Mariana Arruda Pereira, Rosa Maria Rabelo Junqueira, Jéssica de Oliveira Notório Ribeiro
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: A síntese de novos materiais porosos hierarquicamente estruturados, em escala nanométrica, tem levantado questões sobre os métodos atuais de caracterização, por adsorção física. Devido à complexidade de um sistema de poros reais interconectados, a isoterma de adsorção pode ser uma combinação complexa de vários segmentos de poros e de difícil interpretação. Em sistemas heterogêneos, as propriedades podem ser modificadas e controladas por processamento do material, devido a mudança da microestrutura interna. Os efeitos capilares podem agir como força motriz, ou podem atuar como uma barreira no processamento do material. Neste trabalho foi realizada uma análise crítica da revisão da caracterização de materiais hierárquicos interconectados, por adsorção a gás, utilizando o modelo atual de poros independentes. Um material micro-mesoporoso de sílica (SBA-15) foi sintetizado por rota de Zhao (1998), analisado por FTIR e caracterizado por adsorção de gás (N2 ,77 K). Os espectros de FTIR das amostras de sílica mesoporosa apresentaram banda de estiramento C-H (2800 a 3100 cm-1) e banda de deformação C-H (1250 a 1500 cm-1) referente ao agente direcionador de estrutura P123, que foi removido após calcinação. O cálculo da área superficial para a sílica SBA-15 mostrou coeficientes de correlação r > 0,9990 e C > 0, validando o cálculo da área superficial de microporos presentes nas amostras. A distribuição do tamanho de poros calculada pelos métodos macroscópicos baseados na equação de Kelvin (BJH, HK, SF) subestimam o tamanho de mesoporos e microporos comparados com o método microscópico baseado em DFT (Density Functional Theory). Foi investigada a influência da quantidade de água de lavagem de lavagem dos sólidos precipitados na distribuição de tamanho de poros. A utilização de 100 ml (3 amostras) apresentou resultados reprodutíveis com distribuição uniforme de mesoporos, em um intervalo de tamanho de poros entre 4,0 e 6,0 nm. Os efeitos das interfaces curvas em sistemas heterogêneos de duas fases foram realizados pela derivação das condições de equilíbrio termodinâmico e aplicação das equações para os sistemas selecionados: unários (L-V) e (L-S) e sistema binário (S-S). A aplicação das condições de equilíbrio termodinâmico para sistemas heterogêneos de duas fases, com interfaces curvas, apresentou mudança nas propriedades, para partículas com dimensões menores que 1 µ. O excesso de energia de Gibbs (associada as interfaces curvas), calculada a partir das condições de equilíbrio termodinâmico, possibilitou prever o efeito das interfaces curvas nas propriedades dos sistemas heterogêneos unários e binários com partículas nanométricas. The synthesis of new hierarchically structured porous materials, in nanometric scale, has raised questions about the current characterization methods, by physical adsorption. Due to the complexity of a real interconnected pore system, the adsorption isotherm can be a complex combination of several pore segments and difficult to interpret. In heterogeneous systems, the properties can be modified and controlled by material processing, due to the change of the internal microstructure. Capillary effects can act as a driving force, or they can act as a barrier in material processing. In this work a critical analysis of the review of the characterization of hierarchical interconnected materials, by gas adsorption, was carried out, using the current model of independent pores. A silica micro-mesoporous material (SBA-15) was synthesized by the Zhao route (1998), analyzed by FTIR and characterized by gas adsorption (N2 .77 K). The FTIR spectra of the mesoporous silica samples showed a C-H stretching band (2800 to 3100 cm-1) and a C-H deformation band (1250 to 1500 cm-1) referring to the structure-directing agent P123, which was removed after calcination. The surface area calculation for SBA-15 silica showed correlation coefficients r > 0.9990 and C > 0, validating the calculation of the surface area of micropores present in the samples. Pore size distribution calculated by macroscopic methods based on the Kelvin equation (BJH, HK, SF) underestimate the size of mesopores and micropores compared with the microscopic method based on DFT (Density Functional Theory). The influence of the amount of wash water washing the precipitated solids on the pore size distribution was investigated. The use of 100 ml (3 samples) showed reproducible results with uniform distribution of mesopores, in a pore size range between 4.0 and 6.0 nm. The effects of curved interfaces in heterogeneous two-phase systems were performed by deriving thermodynamic equilibrium conditions and applying the equations for the selected systems: unary (L-V) and (L-S) and binary system (S-S). The application of thermodynamic equilibrium conditions for heterogeneous two-phase systems, with curved interfaces, showed a change in properties for particles with dimensions smaller than 1 µ. The excess Gibbs energy (associated with curved interfaces), calculated from thermodynamic equilibrium conditions, made it possible to predict the effect of curved interfaces on the properties of heterogeneous unary and binary systems with nanometric particles.
Databáze: OpenAIRE
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