Captura de CO2 usando líquidos iônicos dicatiônicos imobilizados em sílica com propriedades magnéticas e não magnéticas

Abstract

Os gases responsáveis pelo efeito estufa têm se tornado um grande problema ambiental, especialmente pelas emissões antropogênicas, com a queima de combustíveis fósseis como carvão, petróleo e gás. O CO2, se destaca como um gás de forte impacto ambiental, devido às grandes emissões geradas desde o início da era industrial. Visando mitigar o CO2, uma série de tecnologias vem sendo desenvolvidas e aplicadas industrialmente. Atualmente, a que mais tem se destacado no sistema de captura é a pós-combustão, utilizando soluções aquosas de aminas. Entretanto, essas tem apresentado uma série de problemas como a alta demanda de água, corrosividade em equipamentos, degradação química e alto consumo de energia para regeneração, gerando um custo elevado. Os líquidos iônicos (LI) imobilizados em suportes sólidos mesoporosos têm surgido como uma alternativa interessante para solucionar tais problemas, visto que os LIs têm pressão de vapor insignificante, não apresentam corrosividade, possuem alta estabilidade térmica, menor necessidade de energia para regeneração e boa seletividade para CO2. Os suportes mesoporosos de sílica apresentam aplicabilidade catalíticas e adsortivas, com poros bem definidos, alta área superficial e estabilidade térmica, além da combinação reduzir desvantagens dos líquidos iônicos como viscosidade e limitação de transferência de massa. Os líquidos iônicos dicatiônicos (LIDs), têm demonstrado uma capacidade maior de seletividade para captura de CO2 do que os líquidos convencionais, sendo uma possibilidade de potencializar a funcionalidade dos materiais. Assim como os líquidos iônicos magnéticos (LIM), que são uma nova geração que tem demonstrado a possibilidade de um aumento na seletividade de captura do gás. Neste trabalho, foram realizados imobilização de 3 LIDs, com base no cátion imidazólico e ligante polietilenoglicol com diferentes ânions em um suporte mesoporoso de sílica comercial, SBA-15. Estes obtiveram seletividade de até ~3,8 vezes maior que o suporte puro para misturas CO2/N2, de 3,22 (±0,45) para 12,27 (±0,72), com o suporte SBA@DIL_FeCl4. A capacidade de captura de CO2 em baixas pressões e temperatura (1bar e 25°C) foi similar paro SBA-15 pura [58,61 (±0,93) mg CO2/g] e SBA@DIL_FeCl4 [57,31 (±0,02) mg CO2/g]. A estabilidade na capacidade de sorção e o incremento na seletividade indicam os LIDs como excelentes candidatos para a captura de CO2.

The gases responsible for the greenhouse effect have become a major environmental problem, especially anthropogenic emissions, with the burning of fossil fuels such as coal, oil and gas. CO2 has become a gas with a strong environmental impact, due to the large emissions generated since the beginning of the industrial era. A series of technologies for capturing and storing CO2 to mitigate this gas have been developed and applied. Currently, post-combustion using aqueous amines solutions is benchmark technology. However, this solvent presents a series of problems such as the high demand for water, corrosivity in equipment, chemical degradation and high energy consumption for regeneration, generating a high cost. Ionic liquids (IL) immobilized on solid mesoporous supports have emerged as an interesting alternative to solve such problems, since ILs have negligible vapor pressure, are not corrosive, present high thermal stability, lower energy requirement for regeneration and selectivity for CO2, while mesoporous silica supports are inert, have catalytic and adsorptive applicability, with well-defined pores, high specific surface area and thermal stability. Supporting ILs in solid support can overcome the IL disadvantages as high viscosity and mass transfer limitation. Dicationic ionic liquids (DILs) have demonstrated a greater selectivity capacity for CO2 capture than conventional liquids, being a possibility to enhance the functionality of the materials. As well as magnetic ionic liquids, which are a new generation that has demonstrated the possibility of an increase in the selectivity of gas capture from the influence of an external magnetic field. In this work, three based-imidazole cation DILs connect by polyethylene glycol, immobilized on a commercial silica mesoporous support (SBA-15) were obtained. Selectivity up to ~3.8 times greater than the pure support for CO2/N2 mixtures, increasing from 3.22 (±0.45) to 12.27 (±0.72) for SBA@DIL_FeCl4 was obtained. The ability to capture CO2 at low pressures and temperatures (1 bar and 25°C) was similar for both the pure SBA- 15 [58.61 (±0.93) mg CO2/g] and SBA@DIL_FeCl4 [57.31 (±0.02) mg CO2/g]. The improvement in selectivity and the constancy in CO2 sorption capacity indicates the DIL as a good option for CO2 capture.