A crescente preocupação com as emissões de CO2 nos processos industriais pós-combustão tem levado ao desenvolvimento de tecnologias mais eficazes para capturar e separar este gás. Duas abordagens
frequentemente utilizadas para capturar CO2 incluem a adsorção em partículas de biochar ou carvão ativado e a separação usando membranas porosas de polisulfonas.
Em processos de adsorção, a captura de CO2 ocorre devido à interação entre o gás e a superfície do material, enquanto em processos de membranas, o transporte de CO2 ocorre através da difusão no interior dos poros da membrana. O coeficiente de difusão de Knudsen pode ser aplicado em membranas com poros de tamanho nanométrico.
Considere na equação de Knudsen:
é o raio dos poros (mm),
é a constante dos gases,
é a temperatura,
é a massa molar do CO2.
Você deve considerar duas opções para controlar as emissões de CO2 em um processo industrial pós-combustão:
Opção 1: Adsorção de CO2 em partículas de biochar com microporos de diâmetro médio de 1 nm
Opção 2: Difusão de CO2 através de uma membrana de polisulfonas com poros de diâmetro médio de 50 nm.
frequentemente utilizadas para capturar CO2 incluem a adsorção em partículas de biochar ou carvão ativado e a separação usando membranas porosas de polisulfonas.
Em processos de adsorção, a captura de CO2 ocorre devido à interação entre o gás e a superfície do material, enquanto em processos de membranas, o transporte de CO2 ocorre através da difusão no interior dos poros da membrana. O coeficiente de difusão de Knudsen pode ser aplicado em membranas com poros de tamanho nanométrico.
Considere na equação de Knudsen:
Você deve considerar duas opções para controlar as emissões de CO2 em um processo industrial pós-combustão:
Opção 1: Adsorção de CO2 em partículas de biochar com microporos de diâmetro médio de 1 nm
Opção 2: Difusão de CO2 através de uma membrana de polisulfonas com poros de diâmetro médio de 50 nm.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre captação de CO₂ em processos industriais pós-combustão. A gente vai trabalhar com duas tecnologias: adsorção usando biochar e separação com membranas de polisulfonas. Para isso, vamos precisar entender conceitos como adsorção, difusão de Knudsen e utilizar a fórmula da equação de Knudsen para calcular o coeficiente de difusão. Vamos lá!
Passo 2
Primeiro, vamos recapitular o que cada opção envolve:
-
Opção 1: Adsorção com Biochar
- Aqui, o CO₂ é capturado pela interação com a superfície das partículas de biochar.
- Os microporos do biochar têm um diâmetro médio de 1 nm.
-
Opção 2: Difusão com Membranas de Polisulfonas
- Nesse caso, o CO₂ passa através dos poros da membrana por meio da difusão.
- Os poros da membrana têm um diâmetro médio de 50 nm.
- Vamos usar a equação de Knudsen para calcular o coeficiente de difusão.
Passo 3
Vamos focar na Opção 2 e calcular o coeficiente de difusão de Knudsen (
). A equação de Knudsen é dada por:
Onde:
-
é o raio dos poros (em metros). -
é a constante dos gases. -
é a temperatura. -
é a massa molar do CO₂.
Passo 4
Primeiro, vamos converter o diâmetro dos poros para o raio em metros. Como o diâmetro é 50 nm:
Passo 5
Agora, vamos substituir os valores na equação de Knudsen:
Passo 6
Vamos calcular a parte dentro da raiz primeiro:
Agora, a raiz quadrada desse valor:
Passo 7
Agora, multiplicamos pelos outros termos:
Resposta
O coeficiente de difusão de Knudsen para a membrana de polisulfonas é aproximadamente
.