Obtenção de suportes a partir da casca de arroz: imobilização de líquidos iônicos e avaliação em captura de CO2

Abstract

A imobilização de líquidos iônicos – LIs em suportes inorgânicos é uma alternativa ao uso de aminas no processo de separação e captura do dióxido de carbono contido no gás natural, pois possui vantagens ligadas ao aumento de vida útil de equipamentos, eficiência de processo e impacto ambiental. Os LIs cloreto de 1,3-bis(3-trimetoxisililpropil)imidazol e cloreto de 1-metil-3-(3-trimetoxisililpropil)imidazol foram imobilizados na sílica comercial MCM-41 e na sílica sintetizada a partir da casca de arroz nomeada neste trabalho como MCMRH. A imobilização química dos LIs foi realizada através da formação de ligações covalentes entre grupos silanos na estrutura do líquido iônico e grupos hidroxila presentes nos suportes. As sínteses foram realizadas em tolueno sob condições inertes para controle da hidrólise e condensação de grupos metoxi na estrutura dos silanos. Após a sua síntese, os suportes imobilizados com LIs tiveram sua capacidade de sorção de CO2 e seletividade em relação a CO2/CH4 avaliadas. LIs em concentrações de 20 e 10% foram testadas. A caracterização das amostras por XPS, RMN, FTIR e TGA confirmaram a formação das estruturas dos LIs propostos e os resultados de sorção e seletividade mostraram que a imobilização reduz a capacidade de sorção em relação ao CO2, entretanto a seletividade dos materiais foram maiores em relação aos suportes antes da imobilização. Os suportes imobilizados com o LIs cloreto de 1-metil-3-(3-trimetoxisililpropil)imidazol tiveram melhor desempenho em relação aos demais, o aumento de seletividade observado foi de 25% no melhor caso, onde 10% de LI foi suportado na sílica MCMRH.

Ionic liquids (ILs) grafting in inorganic solids sorbents is a promising alternative to replace the usual separation process of carbon dioxide from natural gas currently performed using amines. ILs presents unique properties such as, low environmental impact, non-corrosion and process efficiency. The ILs 1,3-bis(3-trimethoxysilylpropyl)imidazolium chloride and 1-methyl-3-(3-trimethoxysilylpropyl)imidazolium chloride were immobilized in MCM-41 and MCMRH silica. The MCMRH was synthesized from rice husk. ILs chemical immobilization was carried out by grafting method, where covalent bonds are formed between silane and hydroxyl groups present in the support. Syntheses were carried out in toluene under nitrogen atmosphere to prevent the hydrolysis and condensation of methoxy groups in the silane structure. CO2 sorption capacity and selectivity for CO2/CH4 were evaluated after synthesis. ILs in concentrations of 10 and 20% were tested. The samples characterization by XPS, NMR, FTIR and TGA confirmed the formation of the proposed IL structures. Sorption and selectivity results showed that the immobilization reduces the CO2sorption capacity, however the selectivity of the materials was higher in relation to the pristine silica. Supports immobilized with ILs 1-methyl-3- (3-trimethoxysilylpropyl) imidazole chloride presented better performance. The observed selectivity increase was 25% when 10% of IL was supported on MCMRH silica.