| dc.description | Recentemente uma nova classe de materiais nano- e meso-porosos foi desenvolvida
baseada em redes metal-orgânicas (MOFs), que, por manterem sua porosidade e estrutura
cristalina, tem provocado mudanças significativas no campo de armazenamento e separação de
gáses, catálise e química em espaços confinados. O desenvolvimento de novos materiais é
indispensável para eliminar alguns problemas no armazenamento de gás natural, tais como alta
pressão (acima de 182 atm), o que acarreta altos custos e risco. A adsorção e dessorção do gás
natural em materiais porosos sólidos podem resolver esse problema.
Devido à grande área superficial, porosidade e versatilidade (facilidade para realizar
modificações nos espaçadores orgânicos), MOFs e suas classes isoreticulares (IRMOFs) são
materiais de grande potencial para fins de armazenamento de gás. De fato, IRMOFs têm a
mesma estrutura reticular, mas podem ter uma grande variedade de grupos funcionais, podendo
então ser utilizadas do desenvolvimento racional de materiais sorventes para aplicações
específicas. As IRMOFs possuem a unidade de construção OZn4(OOC)6 em cada vértice do
cubo, que são conectados por espaçadores orgânicos dicarboxilatos.
Realizamos simulações computacionais de Monte Carlo Grã-Canônico (GCMC) para
obter as isotermas de adsorção absolutas do metano para diversas IRMOFs. As estruturas das
IRMOFs foram obtidas com o método quântico semi-empírico AM1 e foram mantidas rígidas
durante as simulações GCMC, sendo as moléculas de metano modeladas como esferas rígidas e
interagindo entre si e com a IRMOF por um potencial de Lennard-Jones. Os parâmetros deste
potencial de interação intermolecular foram obtidos do campo de força universal (UFF) e
condições periódicas foram empregadas. Uma nova metodologia foi proposta para determinar a
quantidade adsorvida de excesso e efetiva, e assim viabilizar a comparação com os resultados
experimentais. Elas consistem em simulações das isotermas de adsorção do gás hélio e do
metano sem interações com a IRMOF nas mesmas condições termodinâmicas.
Dentre as quinze IRMOFs estudadas, a que teve maior quantidade adsorvida de metano,
240 cm3(CNTP)/cm3, foi a IRMOF-993-4S que consiste de um anel antraceno modificado com
átomos de enxofre. As metodologias para determinar as quantidades adsorvidas de excesso e
efetiva são simples, sistemáticas e propensas a cancelamento de erros. Entretanto, requerem o
dobro de simulações, mas dada a rapidez das simulações esta não é uma limitação muito severa e
as metodologias parecem ser adequadas para fornecer, pelo menos, tendências semiquantitativas
e servir como ferramenta para a seleção rápida de potenciais adsorventes de gases | |
