GARAY-SEVİLLA ME, MALACARA JM, GUTİÉRREZ-ROA A, GONZÁLEZ E

São estruturas rígidas tridimensionais com grandes poros ou canais que asseguram a passagem dos fluidos com baixa perda de carga, apresentando uma grande área superficial lateral onde se pode aderir uma delgada capa de catalizador, e sendo estável a ataque químico e térmico. Os suportes podem ser amorfos ou cristalinos (SiO2, carvão), como as zéolitas, alumina apresentando-se em diferentes formas (esféricas, malhas, monólitos em forma de uma colmeia de abelhas, etc.) e que estão definidas pelas condições de reação. Alguns óxidos inorgânicos usados como suportes são mostrados na Tabela 5 (BASTIDAS, et al., 2004).

Tabela 5 – Tipos de óxidos usados como suportes.

Suporte Superfície especifica

Sílica 200-800 m2/g Alumina -alumina 5-10 m2/g - alumina 160-250 m2 /g Argilas zéolitas 180-1600 m2/g Sólidos mesoporosos MCM-41 1000 m2/g

Fonte: BASTIDAS, et al., 2004.

Os suportes estruturais mais usados são os monólitos formados por cadeias longitudinais paralelas de pequena seção, separadas por finas paredes.

2.2.1 Suportes estruturados monolíticos

Para a fabricação do suporte monolítico, em alguns casos, se usa misturas contendo cordierita-mulita, aluminato de magnésio-zircônia, etc. Com o pó destes materiais se forma uma pasta ou lama onde se podem agregar plastificantes, ligantes temporários e permanentes, gelificantes e lubrificantes para poder melhorar as propriedades mecânicas, texturais e facilitar o conformado do produto acabado.

A seção transversal destes canais pode ser de forma circular, hexagonal, retangular e triangular. Os mais comuns são da forma quadrada no caso de monólitos cerâmicos, onde o numero dos canais por unidade de superfície, geralmente está compreendido entre 1-100 celas˖cm2, com uma espessura nas paredes que variam de 0,2-1,4 mm, dependendo do processo a que se aplique.

As dimensões externas do monólito estão compreendidas entre 10-150 cm de longitude e 3-30 cm de diâmetro (BASTIDAS, et al., 2004). Na Tabela 6 apresentam-se alguns materiais básicos usadas na fabricação de suportes monólitos.

Tabela 6 – Matérias usadas na fabricação de suportes monólitos.

Material Composição

- alumina Al2O3

Sílica SiO2

Dióxido de titânio TiO2

Zircônia ZrO2

Carburo de Silício SiC Nitreto de Silício Si3N4

Carvão ativo C

Aluminato de magnésio MgO.Al2O3 Titanato de alumínio TiO2.Al2O3

Zéolita Al2O3.SiO2

Mulita 3Al2O3.2SiO2

Sepiolita 3Al2O3.2MgO

Cordierita 2MgO.2Al2O3.3SiO

Metálicos Fe-Cr-Al

Fonte: BASTIDAS, et al., 2004

Dentre as propriedades dos catalizadores monolíticos podem-se destacar:

a) A passagem dos gases através de sua estrutura produz uma perda de carga

muito pequena;

b) Apresentam uma grande superfície geométrica por unidade de peso e volume;

c) O fluxo de gases é muito uniforme. (BASTIDAS, et al., 2004). 2.2.2 Tipos de monólitos

Os principais monólitos usados no processo de decomposição ambiental são os monólitos cerâmicos e os metálicos.

Os monólitos cerâmicos são mais comuns, devido a sua fabricação, já que se pode ser fabricado em diversas formas geométricas, onde a porosidade e área superficial podem ser

controladas. Estes monólitos destacam-se por sua resistência mecânica, baixa pressão, estabilidade térmica e por apresentar uma porosidade uniforme.

Os monólitos cerâmicos a base de esponjas de alumina como mostrados na Figura 6, cumprem com as características antes mencionadas, levando em conta que podem ser obtidas por tecnologia nacional, pelo qual o custo é menor em comparação com outros monólitos cerâmicos. Aplicações destes monólitos cerâmicos são os mais populares devido ao amplo uso no setor de automóveis, destacando os obtidos por extrusão (BASTIDAS, et al., 2004).

Figura 6 – Monólito cerâmico de esponja de alumina.

Fonte: BASTIDAS, et al., 2004; MARCOLINO, 2008.

Os monólitos metálicos são estruturas obtidas por enrolamento, utilizando como materiais ligações férricas ou alumínios. Entre as vantagens do monólito metálico com respeito a monólito cerâmico é a redução da espessura de sua parede entre as celas e a diminuição da seção transversal destas (N° de celas por cm2), já que os monócitos cerâmicos a redução da espessura da parede está limitada pela dificuldade da extrusão e a fragilidade do monólito final (BASTIDAS, et al., 2004).

2.2.3 Avaliação de um Suporte cerâmico ou Filtros cerâmicos

Os principais critérios de avaliação de um suporte cerâmico ou filtro cerâmico são a permeabilidade, a eficiência da retenção de impurezas, a resistência mecânica e durabilidade

qualquer que seja sua estrutura ou aplicação. A permeabilidade é a propriedade de um meio poroso que indica a maior ou menor facilidade à passagem do fluido através de seus poros ou vazios. A eficiência de coleta reflete a preocupação com os limites de emissão de particulado. A durabilidade, no caso economicamente no número de interrupções para troca de suporte o em gasto para sua reposição (INNOCENTINI, 1997 apud MARCOLINO, 2008).

Em uso, os filtros devem apresentar não somente alta permeabilidade e eficiência de retenção de inclusões sólidas, mas também boa resistência mecânica. Estes fatores são influenciados de maneiras distintas para uma determinada estrutura celular. Estruturas com poros grandes favorecem a permeabilidade, mas reduzem a eficiência de coleta das inclusões. Já as estruturas com poros pequenos, aumentam a eficiência de retenção de inclusões sólidas, mas também aumentam a queda de pressão no filtro. Estes poros podem ser controlados de acordo com as condições de processamento, com o intuito de melhor se adaptar a aplicação a qual vai ser empregada. Em relação ao comportamento mecânico, a resistência mecânica geralmente diminui com o aumento da porosidade, mas tem como consequência o aumento de permeabilidade. Uma melhor resistência mecânica dos filtros cerâmicos pode ser obtida pela densificação dos filamentos ou pelo entupimento dos poros de estrutura celular (NANGREJO, 2001 apud MARCOLINO, 2008).

O mal desempenho de um desses fatores é suficiente para comprometer o funcionamento econômico do filtro. Na Tabela 7 são mostradas algumas propriedades físicas de filtros cerâmicos fabricados em alumina, carbeto de silício e zircônia. Estes filtros têm características únicas, como alta porosidade, excelente resistência ao calor e a corrosão química (MARCOLINO, 2008).

Tabela 7 – Propriedades de suporte ou filtros cerâmicos comerciais.

Filtros Alumina (Al2O3) Carbeto de Silício

(SiC) Zircônia (Zr) Aplicação Fundição de Alumínio e ligas de alumínio Fundição de Ferro e ligas de ferro

Fundição de aço liga, aço inoxidável e aço.

Densidade de poros (ppi) 10-50 10-45 10-30

Porosidade 80-90% 80-90% 80-90%

Refratariedade 1200°C 1500°C 1750°C

Resistencia à compressão (MPa)

>0,8 0,9 0,8 – 1,0

Resistencia à flexão (Mpa) 0,6 0,8 1,0 – 1,2