Aplicação de técnicas de adsorção de gases na caracterização de dióxido de titânio

Resumo:

O dióxido de titânio, amplamente conhecido como branco de titânio, é um importante pigmento inorgânico branco amplamente utilizado em várias indústrias, como revestimentos, plásticos, borracha, fabricação de papel, tintas e fibras. Estudos demonstraram que o físico e as propriedades químicas do dióxido de titânio, como desempenho fotocatalítico, poder de cobertura e dispersibilidade, estão intimamente relacionadas à sua área superficial específica e estrutura de poros.

O uso de técnicas estáticas de adsorção de gás para caracterização precisa de parâmetros como área de superfície específica e distribuição de tamanho de poro de dióxido de titânio pode ser empregado para avaliar sua qualidade e otimizar seu desempenho em aplicações específicas, aumentando ainda mais sua eficácia em vários campos.

Sobre o dióxido de titânio:

O dióxido de titânio é um pigmento inorgânico branco vital composto principalmente de dióxido de titânio. Parâmetros como cor, tamanho de partícula, área superficial específica, dispersibilidade e resistência às intempéries determinam o desempenho do dióxido de titânio em diferentes aplicações, sendo a área superficial específica um dos parâmetros principais. A caracterização específica da área superficial e do tamanho dos poros ajuda a compreender a dispersibilidade do dióxido de titânio, otimizando assim seu desempenho em aplicações como revestimentos e plásticos. O dióxido de titânio com uma área de superfície específica elevada normalmente exibe maior poder de cobertura e força de tingimento.

Além disso, pesquisas indicaram que quando o dióxido de titânio é usado como suporte de catalisador, um tamanho de poro maior pode aumentar a dispersão dos componentes ativos e melhorar a atividade catalítica geral, enquanto um tamanho de poro menor aumenta a densidade dos sítios ativos, auxiliando na melhoria da eficiência da reação. Assim, ao regular a estrutura dos poros do dióxido de titânio, o seu desempenho como suporte catalítico pode ser melhorado.

Em resumo, a caracterização da área superficial específica e da distribuição do tamanho dos poros não apenas auxilia na avaliação e otimização do desempenho do dióxido de titânio em diversas aplicações, mas também serve como um meio importante de controle de qualidade no processo de produção. Caracterização precisa do titânio o dióxido permite uma melhor compreensão e utilização de suas propriedades únicas para atender aos requisitos em diferentes campos de aplicação.

Exemplos de aplicação de técnicas de adsorção de gás na caracterização de dióxido de titânio:

1. Caracterização da área superficial específica e distribuição do tamanho dos poros do dióxido de titânio para catalisadores DeNOx

A redução catalítica seletiva (SCR) é uma das tecnologias de desnitrificação de gases de combustão comumente aplicadas e pesquisadas. Os catalisadores desempenham um papel crucial na tecnologia SCR, pois o seu desempenho afeta diretamente a eficiência da remoção de óxido de nitrogênio. O dióxido de titânio serve como material transportador para catalisadores DeNOx, fornecendo principalmente suporte mecânico e resistência à erosão para componentes ativos e aditivos catalíticos, além de aumentar a área de superfície de reação e fornecer estruturas de poros adequadas.

Aqui está um exemplo da caracterização de dióxido de titânio usado como material transportador para catalisadores DeNOx usando a CIQTEK V-3220&3210 série BET Analisador de área superficial e porosimetria. Conforme mostrado na Figura 1 (à esquerda), a área superficial específica do dióxido de titânio usado no catalisador DeNOx é 96,18 m²/g, indicando uma maior área de superfície que fornece sítios mais ativos como material transportador, aumentando assim a eficiência das reações catalíticas DeNOx. O N₂a isoterma de adsorção-dessorção (Figura 1, à direita) revela a presença predominante de uma isoterma do tipo IV.

Utilizando o modelo BJH para análise de distribuição de tamanho de mesoporos (Figura 2, Esquerda), observa-se uma distribuição concentrada de mesoporos em 9,50 nm. O gráfico de distribuição do tamanho dos poros SF (Figura 2, à direita) mostra que a largura de microporos mais provável da amostra é de 0,44 nm. Estudar o efeito da área superficial específica e da distribuição do tamanho dos poros em catalisadores DeNOx permite a otimização do projeto do catalisador e dos processos DeNOx, melhorando a eficiência de remoção de óxidos de nitrogênio.

Figura 1. Resultados de teste de área de superfície específica (esquerda) e

N₂ isoterma de adsorção-dessorção (direita) de dióxido de titânio usado para catalisadores DeNOx.

Figura 2. Gráfico de distribuição de tamanho de poro BJH (esquerda) e

Gráfico de distribuição de tamanho de poro SF (à direita) de dióxido de titânio usado para catalisadores DeNOx.

2. Caracterização da área superficial específica e distribuição do tamanho dos poros do dióxido de titânio geral

Ao ajustar e controlar a área superficial específica e a distribuição do tamanho dos poros do dióxido de titânio para diferentes aplicações, o desempenho e a eficácia do dióxido de titânio podem ser avaliados e melhorados. Por exemplo, nas indústrias de revestimentos e plásticos, a análise da área superficial específica e do tamanho dos poros ajuda a otimizar a dispersibilidade e a capacidade de dispersão da luz do dióxido de titânio, garantindo uniformidade e durabilidade dos revestimentos e melhorando as propriedades mecânicas e a resistência às intempéries dos produtos plásticos. Além disso, fornece um meio importante de controle de qualidade no processo de produção para garantir a consistência do produto.

O CIQTEK V-3220&3210 série BET Surface Area & Porosimetry Analyzer ^{é utilizado para a caracterização de área de superfície específica e distribuição de tamanho de poro de dióxido de titânio. Conforme mostrado na Figura 3 (esquerda), a área superficial específica da amostra de dióxido de titânio é determinada como sendo 18,91 m932}/g usando a equação BET multiponto. Análise adicional do N₂a isoterma de adsorção-dessorção (Figura 3, à direita) revela uma isoterma tipo II.

Ao realizar a análise de distribuição total do tamanho dos poros NLDFT (Figura 4), o volume total dos poros do dióxido de titânio é determinado como sendo 0,066 cm³/g, com microporos representando 9,66% e mesoporos representando 69,72%. Estudos aprofundados sobre a área superficial específica, distribuição do tamanho dos poros, volume dos poros e seus fatores de influência fornecem referências valiosas para aplicações e otimização do desempenho do dióxido de titânio, atendendo assim às demandas por dióxido de titânio de alto desempenho em diferentes indústrias.

Figura 3. Resultados de teste de área superficial específica (esquerda) e isoterma de adsorção-dessorção N₂ (direita) de uma amostra de dióxido de titânio.

Figura 4. Gráfico de distribuição do tamanho dos poros NLDFT de uma amostra de dióxido de titânio