Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul tem a satisfação de convidar a Comunidade Universitária para assistir a defesa pública da dissertação de mestrado do Engenheiro Químico VINÍCIUS MILLÁN SANTA CATHARINA realizar-se:

Data: 19 de dezembro de 2019 – quinta-feira

Horário: 14h

Local: Sala CENPES – 1o. andar – Prédio 12.204 – Engenharia Química – Campus Centro/UFRGS

TÍTULO: “SIMULAÇÃO MOLECULAR DA ADSORÇÃO E TRANSPORTE DE GASES EM NOVAS NANOESTRUTURAS POROSAS DE CARBONO
BANCA:

Profa. Dra. Janice Botelho Souza Hamm – UNILASALLE
Profa. Dra. Liliane Damaris Pollo – DEQUI/UFRGS
Prof. Dr. Marcio Schwaab – DEQUI/UFRGS

ORIENTADOR:

Prof. Dr. André Rodrigues Muniz – DEQUI/UFRGS


RESUMO

Nanoestruturas porosas de carbono são de grande interesse para aplicações em processos de separação, armazenamento de gases, catálise, entre outros. Recentemente, foram propostas na literatura a formação de duas novas classes de materiais desta natureza, formadas pela interconexão de fulerenos porosos (porous fullerenes) e derivados de nanofilamentos de carbono (carbon nanothreads). As estruturas obtidas apresentam alta porosidade com distribuição de tamanhos de poros uniforme, e excelente resistência mecânica, que combinados, trazem diversas vantagens nas aplicações acima mencionadas. Neste trabalho, foram investigadas as propriedades de adsorção e de transporte de gases nestas classes de estruturas, buscando ampliar o entendimento sobre o conjunto de propriedades apresentadas pelas mesmas e novas aplicações tecnológicas em potencial. Mais especificamente, utilizamos simulações de Monte Carlo (MC) para estimar a capacidade adsortiva dos gases H2, CH4, O2 e N2 nestas estruturas em temperatura ambiente, e simulações de Dinâmica Molecular (MD) para estimar o coeficiente de difusão dos gases em diferentes pressões. As isotermas obtidas foram ajustadas utilizando o modelo de Langmuir e, através delas calculamos as solubilidades dos gases em função da pressão. Além disso, calculamos as permeabilidades e seletividades das misturas CH4/H2 e O2/N2 buscando entender o potencial dessas estruturas para o uso em processos de separação gasosa. As superestruturas à base de fulerenos porosos apresentaram as maiores quantidades de gás hidrogênio adsorvido (aproximadamente 30 mol/kg na pressão de 150 bar) nas estruturas do tipo C36 e C48A. Os nanomateriais derivados de nanofilamentos apresentaram comportamento distinto. Os obtidos a partir de moléculas poliaromáticas não demonstraram valores significativos em nenhuma das propriedades investigadas devido aos menores tamanho de poros e área superficial. Já os sólidos do tipo DNF-AC, principalmente o DNF-AC(2,2,2) demonstrou a maior capacidade adsortiva de metano, oxigênio e nitrogênio com valores de 55 mol/kg, 40 mol/kg e 35 mol/kg respectivamente nas pressões de 150 bar. Estas quantidades adsorvidas são próximas às observadas por outros materiais nanoporosos baseados e carbono, reportados na literatura. Para os coeficientes de difusão, a anisotropia de alguns materiais foi um fator preponderante. As estruturas C36 e DNF-AC(2,2,2) com os maiores tamanho de poro apresentaram as maiores difusividades como esperado. Os resultados obtidos ampliam o entendimento sobre esses nanomateriais, apontando que os fulerenos porosos e os nanofilamentos não provenientes de moléculas poliaromáticas são alternativas para a separação de misturas gasosas de H2/CH4, mas não adequadas na separação de O2/N2, podendo apresentar seletividades mais interessantes quando gases de maior peso molecular sejam considerados.