Perdeu o Webinário de Caracterização Avançada de Materiais Porosos com Técnicas de Sorção da SMS? Veja Resumo Completo

Técnicas de sorção são métodos analíticos fundamentais para caracterizar materiais porosos. 

Permitindo a medição precisa de capacidade, cinética e mecanismos de adsorção de gases e vapores. De acordo com a Surface Measurement Systems (SMS) , líder global em ciência de sorção desde 1990, essas técnicas são essenciais para o desenvolvimento de materiais avançados em aplicações como captura de carbono , baterias, farmacêutica e petroquímica.

O mercado de captura de CO₂ está em crescimento acelerado. Estudos recentes publicados em 2024 e 2025 destacam que estruturas metal-orgânicas (MOFs) , zeólitas e carvões ativados lideram as pesquisas para captura pós-combustão. A demanda por instrumentação analítica capaz de caracterizar esses materiais em condições reais nunca foi tão alta.

No dia 4 de dezembro de 2025, a Surface Measurement Systems  (SMS) realizou o webinário " Advanced Characterization of Porous Materials using Sorption Techniques ", apresentado por Connor Hewson, Senior Product Specialist. A Dafratec, representante oficial da SMS no Brasil, preparou este resumo completo dos principais tópicos discutidos.

Neste artigo, você encontrará:

• A história e expertise da Surface Measurement Systems em ciência de sorção
• Fundamentos das técnicas DVS, iGC-SEA e BTA para caracterização de materiais
• Aplicações práticas em captura de CO₂, VOCs e qualidade do ar
• Estudos de caso com MOFs, zeólitas e carvões ativados
• Instrumentação avançada disponível para seu laboratório
• Como a umidade e contaminantes afetam o desempenho de sorventes

Surface Measurement Systems: Pioneira Global em Ciência de Sorção

A Surface Measurement Systems foi fundada em 1990 em Londres pelo Prof. Daryl Williams e se tornou referência mundial em análise de sorção gravimétrica. A empresa possui mais de 6.000 instrumentos instalados globalmente e suas tecnologias são citadas em mais de 2.000 publicações científicas.

A SMS desenvolveu tecnologias pioneiras que revolucionaram a caracterização de materiais sólidos:

• Dynamic Vapor Sorption (DVS) – Técnica gravimétrica para medição de isotermas de sorção com sensibilidade de até 0,1 µg
• Inverse Gas Chromatography (iGC-SEA) – Análise de energia superficial e propriedades físico-químicas de sólidos
• BTA Frontier – Análises de breakthrough em leito fixo para condições industriais

O foco da SMS é capacitar cientistas e indústrias a entender, otimizar e desenvolver materiais avançados com precisão sem precedentes.

Fundamentos da Ciência de Sorção para Materiais Porosos

O webinário destacou que moléculas de gases e vapores são ferramentas fundamentais de investigação para caracterizar materiais sólidos. A técnica de sorção revela informações críticas sobre:

• Capacidade de adsorção – Quanto material pode ser capturado
• Cinética – Velocidade de adsorção e dessorção
• Entalpia – Energia envolvida nas interações
• Mecanismos de captura – Como ocorre a retenção molecular
• Energia superficial – Características da superfície do material
• Difusão – Movimento de moléculas no interior do material

A adsorção pode ser classificada em dois tipos principais. A adsorção física (fisissorção) envolve interações fracas de van der Waals e é reversível. Já a adsorção química (quimissorção) forma ligações químicas mais fortes entre o adsorbato e a superfície. Além disso, a absorção ocorre quando as moléculas penetram no volume do material, não apenas na superfície.

Esses fenômenos explicam o desempenho de MOFs, zeólitas, carvões ativados, membranas e outros materiais porosos em aplicações industriais.

Aplicações das Técnicas de Sorção na Caracterização de Materiais

Connor Hewson demonstrou como as técnicas de sorção permitem responder questões essenciais no desenvolvimento e controle de qualidade de materiais porosos:

• Qual é a capacidade de trabalho (working capacity) para CO₂ ou VOC?
• Como a presença de água afeta o desempenho do sorvente?
• Qual é a cinética de adsorção em diferentes condições?
• O material mantém estabilidade após múltiplos ciclos de uso?
• Como contaminantes (NO₂, SO₂, H₂O) alteram a seletividade?

Captura e Armazenamento de Carbono (CCUS)

O setor de CCUS depende de materiais com alta capacidade de adsorção e estabilidade em condições reais de operação. A caracterização precisa de sorventes como MOFs, zeólitas e aminas suportadas é fundamental para viabilizar projetos de descarbonização industrial.

• Capacidade de trabalho em diferentes concentrações de CO₂
• Estabilidade após múltiplos ciclos de adsorção/dessorção
• Impacto de umidade e contaminantes no desempenho
• Otimização de processos TSA, PSA e VSA

Indústria Farmacêutica

A sorção de umidade afeta diretamente a estabilidade, biodisponibilidade e morfologia de fármacos. Excipientes, princípios ativos e formulações finais requerem caracterização detalhada para garantir qualidade e shelf-life adequados.

• Isotermas de sorção para previsão de estabilidade
• Identificação de transições polimórficas induzidas por umidade
• Caracterização de excipientes higroscópicos
• Controle de qualidade em processos de secagem

Baterias e Armazenamento de Energia

O setor de baterias requer caracterização precisa de eletrodos porosos, separadores e eletrólitos sólidos. A interação com umidade e gases atmosféricos impacta diretamente a performance e vida útil das células.

• Análise de porosidade e área superficial de eletrodos
• Sensibilidade à umidade de materiais catódicos e anódicos
• Comportamento de sorção em eletrólitos sólidos
• Controle de atmosfera em processos de fabricação

Petroquímica e Separação de Gases

Na petroquímica, a separação de gases é otimizada com base em dados de sorção. Peneiras moleculares, carvões ativados e membranas são caracterizados para maximizar eficiência e seletividade em processos de purificação.

• Seletividade entre diferentes componentes gasosos
• Isotermas multicomponentes para modelagem de processos
• Cinética de adsorção em condições de processo
• Estabilidade térmica e regenerabilidade de sorventes

Outros setores beneficiados incluem construção civil, embalagens, papel e celulose, e eletrônicos e semicondutores.

Estudos de Caso: Resultados Práticos Apresentados no Webinário

MOF para Captura Pós-Combustão de CO₂

Connor Hewson apresentou um estudo detalhado com um MOF fornecido pela novoMOF, demonstrando resultados promissores para aplicações de captura de carbono:

• Alta capacidade total – 18 wt% de CO₂ na saturação
• Sorção rápida – Cinética favorável para ciclos industriais
• Boa estabilidade – Desempenho mantido até 50-75% de umidade relativa
• Reversibilidade – Eficiente em ciclos curtos de adsorção/dessorção

O estudo revelou também limitações importantes: acima de 75% RH, o desempenho diminui significativamente devido à competição da água pelos sítios de adsorção. Isso demonstra a importância de caracterizar materiais em condições reais de operação.

Zeólita 13X: Comportamento em Condições Reais

A Zeólita 13X é um dos materiais mais estudados para captura de CO₂. Pesquisas científicas brasileiras destacam que zeólitas com estrutura faujasita são particularmente eficientes para separação de CO₂ devido ao seu diâmetro de poro superior ao diâmetro cinético da molécula.

Os resultados do webinário demonstraram:

• Excelente capacidade em condições secas
• Impacto moderado com 5% de umidade relativa
• Redução significativa na presença de contaminantes

Após exposição a 75 ppm de NO₂ ou SO₂, a capacidade de captura caiu entre 21% e 52%. Este é um alerta crucial para aplicações de captura pós-combustão (PCC), onde gases de exaustão contêm múltiplos contaminantes.

Análise de Breakthrough: CO₂ e H₂O em Competição

Experimentos comparativos entre DVS e BTA revelaram comportamentos críticos para o design de processos industriais:

• Perfis de breakthrough realistas em condições operacionais
• Competição mensurável entre água e CO₂ pelos sítios de adsorção
• Efeito "roll-up", onde a água desloca CO₂ previamente adsorvido

Esses dados são essenciais para projetar processos industriais de captura de carbono com eficiência energética otimizada.

Captura de VOCs e Qualidade do Ar Interno

Compostos orgânicos voláteis (VOCs) são químicos orgânicos que evaporam facilmente em temperatura ambiente, possuindo pressão de vapor média a alta e baixo ponto de ebulição. O tolueno, por exemplo, é um solvente amplamente utilizado na indústria em colas, tintas, impressão e esmaltes. A SMS apresentou estudos detalhados sobre captura de VOCs:

• Isotermas de adsorção de tolueno em diferentes materiais
• Comparação entre carvões ativados e Zeólita 13X
• Efeitos da umidade na perda de capacidade
• Estudos de co-sorção tolueno + água
• Análises de breakthrough em fase gasosa

A conclusão principal é que materiais excelentes em condições secas podem ter desempenho drasticamente reduzido em ambientes úmidos . Isso reforça a necessidade de caracterização em condições reais de uso.

Sensores Baseados em MOFs para Detecção de VOCs

Um dos temas mais inovadores apresentados no webinário foi o desenvolvimento de sensores baseados em MOFs para detecção de compostos orgânicos voláteis. Essa tecnologia emergente envolve:

• Deposição de MOFs sobre cristais de quartzo (QCM)
• Detecção de contaminantes em níveis de ppb a ppm
• Aplicações em ambientes críticos, incluindo projetos aeroespaciais da NASA

Os materiais destacados para essas aplicações incluem MIL-101(Cr), DUT-4 e MOF-74(Ni). Este campo representa uma fronteira crescente de inovação em materiais porosos funcionais.

Instrumentação SMS para Caracterização de Materiais Porosos

O webinário apresentou a linha completa de equipamentos da Surface Measurement Systems, cada um otimizado para aplicações específicas.

DVS Vacuum e iGC-SEA Nova: Propriedades Fundamentais

Esses instrumentos são ideais para medição de propriedades fundamentais de materiais porosos:

• Medição de uptakes com alta sensibilidade
• Determinação de entalpia de sorção
• Análise de energia superficial
• Estudos de difusão molecular
• Ativação de amostras a vácuo
• Ampla gama de sondas: água, orgânicos e gases

Instrumentação SMS para Caracterização de Materiais Porosos

O webinário apresentou a linha completa de equipamentos da Surface Measurement Systems, cada um otimizado para aplicações específicas.

DVS Vacuum e iGC-SEA Nova: Propriedades Fundamentais

Esses instrumentos são ideais para medição de propriedades fundamentais de materiais porosos:

• Medição de uptakes com alta sensibilidade
• Determinação de entalpia de sorção
• Análise de energia superficial
• Estudos de difusão molecular
• Ativação de amostras a vácuo
• Ampla gama de sondas: água, orgânicos e gases

DVS Vacuum

Interação precisa entre materiais sólidos e gases/vapores. Pressão de 10⁻⁶ Torr até atmosférica, pré-aquecimento até 400°C.

Conhecer o DVS Vacuum →

iGC-SEA Nova

Análise de energia superficial por cromatografia gasosa inversa em alta temperatura. Novo padrão em caracterização de superfícies.

Conhecer o iGC-SEA Nova →

DVS Carbon: Captura de CO₂ em Condições Reais

A linha DVS Carbon foi desenvolvida especificamente para estudos de captura de dióxido de carbono, oferecendo controle independente de umidade até 100% RH, simulação de ciclos TSA e VSA, e análise de co-adsorção competitiva.

DVS Carbon

Analisador de sorção gravimétrica de CO₂ e H₂O. Eleve sua pesquisa em captura de carbono a novos patamares.

Conhecer o DVS Carbon →

Linha DVS para Sorção Gravimétrica de Vapores

A SMS oferece uma gama completa de analisadores DVS para diferentes necessidades laboratoriais:

DVS Resolution

O mais avançado analisador de sorção gravimétrica dupla. Água e vapores orgânicos, 5-85°C com estabilidade ±0,1°C.

Conhecer o DVS Resolution →

DVS Discovery

Analisador gravimétrico de vapor com dupla balança mais avançado do mundo. Precisão e eficiência para suas pesquisas.

Conhecer o DVS Discovery →

DVS Adventure

Analisador de sorção de vapores de água com alta precisão, estabilidade de umidade e controle avançado de temperatura.

Conhecer o DVS Adventure →

DVS Endeavour

Analisador de sorção gravimétrica paralela com 5 balanças. Ideal para até 5 amostras simultâneas.

Conhecer o DVS Endeavour →

iGC-SEA: Cromatografia Gasosa Inversa

iGC-SEA

Instrumento avançado para análise de superfícies sólidas com tecnologia de cromatografia gasosa inversa e operação automatizada.

Conhecer o iGC-SEA →

Equipamentos Complementares para Análise de Materiais

VPA - Vapor Pressure Analyzer

Mede as pressões de vapor de sólidos, líquidos e óleos usando o método de efusão Knudsen.

Conhecer o VPA →

Conclusões do Webinário sobre Técnicas de Sorção

O webinário da Surface Measurement Systems consolidou pontos essenciais para profissionais que trabalham com caracterização de materiais porosos:

• A SMS oferece uma solução completa para caracterização de materiais porosos
• É fundamental considerar umidade e contaminantes reais nos estudos
• As técnicas DVS, BTA e iGC são complementares e fornecem uma visão detalhada do material
• As aplicações industriais vão muito além da captura de CO₂
• A seleção correta do equipamento depende do problema científico e industrial específico

A caracterização precisa de materiais porosos é essencial para o sucesso de projetos de captura de carbono, purificação de ar, desenvolvimento farmacêutico e inúmeras outras aplicações industriais.

FAQ - Perguntas Frequentes sobre Técnicas de Sorção e Materiais Porosos

O que é Dynamic Vapor Sorption (DVS)?

DVS é uma técnica gravimétrica que mede como a massa de uma amostra muda em resposta a alterações na concentração de vapor no ambiente. É utilizada para determinar isotermas de sorção, cinética de adsorção, capacidade de sorção e estabilidade de materiais em diferentes condições de umidade.

Qual a diferença entre adsorção e absorção?

Adsorção ocorre na superfície do material, onde moléculas de gás ou vapor se fixam nos sítios ativos. Absorção envolve a penetração das moléculas no volume interno do material. Ambos os processos podem ocorrer simultaneamente em materiais porosos.

Por que a umidade afeta a captura de CO₂?

A água compete pelos mesmos sítios de adsorção que o CO₂ em muitos materiais porosos. Em condições úmidas, a capacidade de captura de dióxido de carbono pode diminuir significativamente devido a essa competição, especialmente em zeólitas e alguns MOFs.

O que são MOFs e por que são importantes para captura de carbono?

Metal-Organic Frameworks (MOFs) são estruturas cristalinas porosas formadas por íons metálicos conectados por ligantes orgânicos. Possuem áreas superficiais extremamente altas e porosidade ajustável, tornando-os candidatos promissores para aplicações de captura e separação de gases.

Qual técnica devo usar: DVS ou iGC-SEA?

DVS é ideal para estudos de sorção de vapores e gases, determinação de isotermas e análise de estabilidade em diferentes umidades. iGC-SEA é mais adequado para caracterização de energia superficial, interações ácido-base e propriedades físico-químicas de superfícies sólidas. Frequentemente, as duas técnicas são complementares.

Como a Zeólita 13X se compara aos MOFs para captura de CO₂?

A Zeólita 13X oferece excelente capacidade de adsorção de CO₂ em condições secas e é um material maduro e bem caracterizado. MOFs podem oferecer maior capacidade e seletividade, mas alguns são mais sensíveis à umidade. A escolha depende das condições específicas de aplicação.

Quer Assistir ao Webinário Completo?

Acesso ao webinário completo no link:  youtube.com/watch?v=i7014bRbbzw&feature=youtu.be

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Leituras Relacionadas

• DVS Endeavour: Analisador de Sorção Gravimétrica Paralela
• iGC-SEA: Cromatografia Gasosa Inversa para Análise de Energia Superficial
• DVS Carbon: Analisador Especializado em Captura de CO₂