A captura, estocagem e separaÃÃo de gases em processos de combustÃo à considerado um passo importante no desenvolvimento e consolidaÃÃo de novas tecnologias, devido as necessidades ambientais e ao grande interesse econÃmico envolvido. A separaÃÃo de gases Ãcidos (CO2 e H2S) à uma etapa de fundamental importÃncia para reduzir impactos ambientais e atender as especificaÃÃes de seguranÃa e mercado. A adsorÃÃo em faujasitas se apresenta como uma alternativa economicamente atraente em processos industriais, mas o elevado nÃmero de processos e condiÃÃes de temperatura e pressÃo onde pode ser utilizada, torna um estudo experimental impraticÃvel. Outro fator relevante sÃo as condiÃÃes de seguranÃa impostas durante o manuseio do Ãcido sulfÃdrico, necessitando de maior investimento em equipamentos, manutenÃÃo e sistemas de seguranÃa. Diante disse a simulaÃÃo molecular pode ser utilizada para obter propriedades imprescindÃveis para o dimensionamento e implantaÃÃo de PSAs. A base da utilizaÃÃo da simulaÃÃo molecular à a determinaÃÃo do campo de forÃa. Nesse trabalho um conjunto de parÃmetros de campo forÃa, baseados em campos de forÃa clÃssicos (UFF), foi proposto para CO2 em faujasitas sÃdicas. Em seguida a mesma metodologia de parametrizaÃÃo foi utilizada para H2S, N2, O2 e CH4. Os resultados obtidos a baixa pressÃo foram comparados com estudos experimentais e outros modelos propostos pela literatura, obtendo excelente concordÃncia em diferentes temperaturas e razÃes Si/Al, permitindo determinar o posicionamento dos sÃtios e do calor de adsorÃÃo. Outros cÃtions de compensaÃÃo foram testados para predizer a adsorÃÃo de nitrogÃnio em faujasitas. As isotermas para os cÃtions monovalentes obtiveram elevada precisÃo, para bivalentes os resultados representaram o padrÃo de adsorÃÃo experimental, embora com isotermas de menor precisÃo. Por fim, a adsorÃÃo da mistura N2/CO2 foi estudada apresentado boa concordÃncia com dados experimentais, demonstrando a eficiÃncia do mÃtodo como uma alternativa para determinaÃÃo de propriedades de misturas industriais. / The environmental needs and the great economic interest involved. The capture, storage and separation of gases in combustion processes is considered an important step in the development and consolidation of new technology, The separation of acidic gases (CO2 and H2S) is an important step to reduce environmental impacts and meet safety specifications and market. The adsorption on faujasitas presents itself as an economically attractive alternative in industrial processes, but the high number of processes and temperature and pressure conditions where it can be used, makes an experimental study impractical. Another relevant factor are security conditions imposed during the handling of hydrogen sulphide, necessitating greater investment in equipment, maintenance and safety systems. On said the molecular simulation can be used to obtain indispensable properties for the design and deployment of PSAs. The molecular simulation basis is the force field determination. In this work a set of force field parameters, based on classical force fields (UFF), has been proposed for CO2 in sodium faujasitas. The same methodology was used for H2S, N2, O2 and CH4 parameterization. The results obtained at low pressure were compared with experimental studies and other models proposed by literature, obtaining excellent concordance in different temperatures and Si/Al ratios, allowing determining the placement of adsorption sites and the heat. Other balancing cations were tested to predict nitrogen adsorption. The isotherms for the monovalent cations obtained high precision, to the bivalent results represented the standard experimental adsorption isotherms, albeit with less precision. Finally, the adsorption of mixture N2/CO2 was studied presented good agreement with experimental data, demonstrating the efficiency of the method as an alternative for determination of industrial properties of mixtures.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A separaÃÃo de CO2 a partir de misturas gasosas industriais consiste em um importante tema tanto do ponto de vista cientÃfico quanto ambiental. O interesse suscitado pelo tema està diretamente relacionado à problemÃtica da presenÃa do diÃxido de carbono tanto nos gases de combustÃo (flue gas) quanto no gÃs natural (GN) e biogÃs. A absorÃÃo usando aminas à uma tecnologia madura que tem sido utilizado na indÃstria do gÃs natural para remoÃÃo de CO2. No entanto, apresenta algumas desvantagens, tais como corrosÃo dos equipamentos e alto consumo de energia para regenerar o absorvente. LÃquidos iÃnicos (LIs) tÃm sido propostos como uma alternativa aos solventes orgÃnicos, devido à baixa volatilidade e elevada solubilidade do CO2. Contudo, o seu elevado custo limita sua aplicaÃÃo em processos de separaÃÃo industriais por absorÃÃo. Neste contexto, a impregnaÃÃo de pequenas quantidades de LIs em suportes porosos tÃm sido recentemente reportada para prÃpositos de captura de CO2. Estruturas metalorgÃnicas tÃm sido apontadas como um adsorvente adequado devido a sua elevada capacidade de adsorÃÃo de CO2 e à possibilidade de acomodar molÃculas que lhes confiram novas funcionalidades. Neste trabalho, investigamos a adsorÃÃo de CO2 na estrutura metalorgÃnica Cu-BTC impregnada com lÃquidos iÃnicos por tÃcnicas experimentais e de simulaÃÃo molecular. Os lÃquidos iÃnicos utilizados para impregnaÃÃo foram o hexafluorofosfato de 1-butil-3- metilimidazÃlio (BMIM-PF6) e o bis(trifluorometilsulfonil)-imida de 1-butil-3-metilimidazÃlio (BMIM-Tf2N). No Ãmbito experimental, amostras comerciais de Cu-BTC foram impregnadas com LIs em diversas concentraÃÃes em peso (1, 5 e 10 wt%). Os materiais impregnados foram caracterizados por diversas tÃcnicas de caracterizaÃÃo e avaliados em relaÃÃo a adsorÃÃo de CO2. Os resultados mostraram que a impregnaÃÃo de LIs em Cu-BTC reduz a capacidade de adsorÃÃo de CO2, contrariamente ao que foi predito por simulaÃÃo molecular em trabalhos prÃvios. No contexto da simulaÃÃo molecular, foram realizadas simulaÃÃes de impregnaÃÃo para gerar estruturas impregnadas com diferentes quantidades de LI. SimulaÃÃes de adsorÃÃo de CO2, CH4 e N2 nas estruturas geradas foram realizadas utilizando o ensemble Grande CanÃnico (μVT) para avaliar a presenÃa de LI na estrutura da Cu-BTC. Observou-se que a presenÃa de LI em vÃrias concentraÃÃes aumentou a capacidade adsortiva de CO2 a baixas pressÃes (atà ~ 3 bar), enquanto a adsorÃÃo dos outros gases nÃo foi significativamente alterada. Contudo, a baixas concentraÃÃes impregnada (5 %wt), a adsorÃÃo de CO2 nÃo foi sensÃvel à presenÃa do LI. Por outro lado, quando foi aumentada a quantidade de LI impregnada em nossos experimentos, houve uma rÃpida degradaÃÃo das propriedades texturais do material, conforme observado para amostra impregnada com 10 wt% de BMIM-PF6. Assim, aparentemente, os poros da Cu-BTC sÃo pequenos para incorporar lÃquidos iÃnicos nas concentraÃÃes que teoricamente levariam a maiores quantidades adsorvidas de CO2. / A separaÃÃo de CO2 a partir de misturas gasosas industriais consiste em um importante tema tanto do ponto de vista cientÃfico quanto ambiental. O interesse suscitado pelo tema està diretamente relacionado à problemÃtica da presenÃa do diÃxido de carbono tanto nos gases de combustÃo (flue gas) quanto no gÃs natural (GN) e biogÃs. A absorÃÃo usando aminas à uma tecnologia madura que tem sido utilizado na indÃstria do gÃs natural para remoÃÃo de CO2. No entanto, apresenta algumas desvantagens, tais como corrosÃo dos equipamentos e alto consumo de energia para regenerar o absorvente. LÃquidos iÃnicos (LIs) tÃm sido propostos como uma alternativa aos solventes orgÃnicos, devido à baixa volatilidade e elevada solubilidade do CO2. Contudo, o seu elevado custo limita sua aplicaÃÃo em processos de separaÃÃo industriais por absorÃÃo. Neste contexto, a impregnaÃÃo de pequenas quantidades de LIs em suportes porosos tÃm sido recentemente reportada para prÃpositos de captura de CO2. Estruturas metalorgÃnicas tÃm sido apontadas como um adsorvente adequado devido a sua elevada capacidade de adsorÃÃo de CO2 e à possibilidade de acomodar molÃculas que lhes confiram novas funcionalidades. Neste trabalho, investigamos a adsorÃÃo de CO2 na estrutura metalorgÃnica Cu-BTC impregnada com lÃquidos iÃnicos por tÃcnicas experimentais e de simulaÃÃo molecular. Os lÃquidos iÃnicos utilizados para impregnaÃÃo foram o hexafluorofosfato de 1-butil-3- metilimidazÃlio (BMIM-PF6) e o bis(trifluorometilsulfonil)-imida de 1-butil-3-metilimidazÃlio (BMIM-Tf2N). No Ãmbito experimental, amostras comerciais de Cu-BTC foram impregnadas com LIs em diversas concentraÃÃes em peso (1, 5 e 10 wt%). Os materiais impregnados foram caracterizados por diversas tÃcnicas de caracterizaÃÃo e avaliados em relaÃÃo a adsorÃÃo de CO2. Os resultados mostraram que a impregnaÃÃo de LIs em Cu-BTC reduz a capacidade de adsorÃÃo de CO2, contrariamente ao que foi predito por simulaÃÃo molecular em trabalhos prÃvios. No contexto da simulaÃÃo molecular, foram realizadas simulaÃÃes de impregnaÃÃo para gerar estruturas impregnadas com diferentes quantidades de LI. SimulaÃÃes de adsorÃÃo de CO2, CH4 e N2 nas estruturas geradas foram realizadas utilizando o ensemble Grande CanÃnico (μVT) para avaliar a presenÃa de LI na estrutura da Cu-BTC. Observou-se que a presenÃa de LI em vÃrias concentraÃÃes aumentou a capacidade adsortiva de CO2 a baixas pressÃes (atà ~ 3 bar), enquanto a adsorÃÃo dos outros gases nÃo foi significativamente alterada. Contudo, a baixas concentraÃÃes impregnada (5 %wt), a adsorÃÃo de CO2 nÃo foi sensÃvel à presenÃa do LI. Por outro lado, quando foi aumentada a quantidade de LI impregnada em nossos experimentos, houve uma rÃpida degradaÃÃo das propriedades texturais do material, conforme observado para amostra impregnada com 10 wt% de BMIM-PF6. Assim, aparentemente, os poros da Cu-BTC sÃo pequenos para incorporar lÃquidos iÃnicos nas concentraÃÃes que teoricamente levariam a maiores quantidades adsorvidas de CO2.