Adsorção selectiva e reversível de gases
As coisas são muito melhores sob tensão
Utilizando um composto de carbono e dióxido de silício comutável eletricamente, uma equipa de investigação da TU Darmstadt conseguiu, pela primeira vez, remover especificamente gases como o dióxido de carbono, o nitrogénio ou o árgon da fase gasosa - simplesmente aplicando uma tensão eléctrica. O material armazena os gases na sua superfície e liberta-os completamente quando a tensão é alterada. O estudo abre novas perspectivas para processos de separação eficientes em termos energéticos e foi agora publicado na revista Advanced Science.
Na ciência e na tecnologia, é de importância fulcral separar substâncias umas das outras. Se quisermos separar líquidos, por exemplo, isso requer frequentemente muita energia, como durante a destilação e a vaporização.
No entanto, existem também métodos mais suaves para separar substâncias de uma forma direcionada. Estes métodos funcionam através da fixação de substâncias (adsorventes) a uma superfície e da sua posterior remoção. Em várias etapas, por exemplo, diferentes gases podem ser capturados (adsorvidos) e libertados novamente (dessorvidos), um após o outro.
Para realizar a adsorção e a dessorção de uma forma eficiente em termos energéticos, são necessários materiais e processos comutáveis. Para a utilização tecnológica, o material comutável também deve estar prontamente disponível. O processo de comutação deve ser reversível e utilizar o mínimo de recursos possível. Para tal, a investigação orientada para a aplicação centra-se, em particular, nos processos eléctricos. O processo é particularmente atrativo se a energia eléctrica necessária puder ser fornecida, na medida do possível, a partir de fontes renováveis.
Uma equipa de investigação liderada pelo estudante de doutoramento Silvio Heinschke e pelo Professor Jörg J. Schneider, do Departamento de Química Mesoscópica da Faculdade de Química da TU Darmstadt, conseguiu agora, pela primeira vez, adsorver dióxido de carbono (CO₂), azoto (N₂) ou árgon diretamente da fase gasosa, aplicando uma baixa tensão eléctrica a um material (adsorvente). Este adsorvente é constituído por carbono (carvão) e dióxido de silício (areia). Mais tarde, estes gases podem ser removidos do material adsorvente de uma forma controlada e completa, removendo novamente a tensão.
O truque consiste no facto de serem criadas no material interfaces com apenas alguns micrómetros de tamanho. Estas interfaces são criadas entre o carbono condutor de eletricidade e o dióxido de silício dielétrico, ou seja, isolante. A mistura (compósito) de ambos os materiais é necessária e decisiva para o comportamento de adsorção/dessorção que foi agora descrito pela primeira vez.
As não homogeneidades, ou seja, os gradientes de campo, são gerados entre as numerosas interfaces de carbono e dióxido de silício no compósito através de uma carga eléctrica. Nestes campos, as moléculas de gás como o CO₂, N₂ ou árgon são ligeiramente carregadas eletricamente ou polarizadas e aderem à superfície do carbono.
A adsorção é influenciada pelos multipolos das moléculas de gás. Estas têm diferentes distribuições de carga e polarizabilidades no campo elétrico. A ligação resultante dos gases ao adsorvente é completamente reversível. Ao ligar e desligar o campo elétrico, pode ser gerada uma oscilação induzida por tensão entre a carga e a descarga da fase gasosa e a superfície do compósito.
Em princípio, este princípio deveria ser viável para todos os gases com uma elevada polarizabilidade. Nesta base, a separação de misturas de gases por adsorção/dessorção oscilante controlada eletricamente também parece realista no futuro.
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