Estudos de solubilidade de CO² em líquidos iônicos formados pelo cátion dialquilimidazólio e diferentes ânions

Abstract

A visão atual de mitigação do aumento da concentração de CO2 baseia-se no uso mais eficiente da energia ou na substituição de combustíveis fósseis por fontes renováveis e, ainda, na exploração de tecnologias para a separação e o armazenamento de carbono. Esta inclui a captura de carbono através do uso de líquidos iônicos em processos industriais de separação de CO2 de correntes gasosas. Os líquidos iônicos (LIs) são formados por cátions e ânions orgânicos ou inorgânicos, comumente líquidos à temperatura ambiente. Constituem uma classe de materiais com excelentes perspectivas de aplicação para captura de dióxido de carbono, sendo uma alternativa à mitigação do aumento da concentração de CO2 na atmosfera. Este trabalho teve como objetivos sintetizar e caracterizar LIs e verificar a solubilidade de CO2 nestes materiais. As sínteses dos LIs, formados pelo cátion butilmetilimidazol [bmim]+ e os diferentes ânions: [BF4]-, [PF6]- e [CF3CO2]-, apresentaram rendimentos reacionais acima de 75 %. A caracterização destes produtos, por técnicas de IV, RMN-1H e DSC, revelou a estrutura química e a estabilidade térmica. As medidas de solubilidade de CO2 foram determinadas por dois métodos: um empregando uma microbalança termogravimétrica e outro uma célula de equilíbrio com janelas de safira. Nestes ensaios a 25 °C e 25 bar, obtevese para o [bmim][BF4] na célula de equilíbrio xCO2 = 0,28 e na PTGA xCO2 = 0,25 e os valores da constante de Henry de, 50,37 bar e 29,52 bar, respectivamente, demonstrando estarem compatíveis com a literatura e aplicados para processos de absorção de CO2, assim, os líquidos iônicos podem ser considerados como candidatos a serem solventes para captura de carbono.

The current mitigation cenario of the CO2 emissions is based on the most efficient energy use, the substitution of fossil fuels by renewable sources, and also the exploration of technologies for carbon separation and storage. This includes carbon capture through ionic liquids in industrial processes of CO2 separation from gas flows. The ionic liquids (ILs) are composed by organic or inorganic cations and anions, usually liquid at room temperature. They are a class of materiais with excellent perspective for carbon dioxide capture application, and an alternative to mitigate the increasing concentration of CO2 in the atmosphere. This study aimed to synthesize and characterize ILs and evaluate the CO2 solubility in these materiais. The ionic liquids synthesis, formed by butilmetilimidazol [bmim]+ cation and different anions: [BF4]- [PF6]- and [CF3C02]- presented reaction yields above 75%. The products characterization, by techniques such as IR, 1H-NMR and DSC revealed the chemical structure and thermal stability. The CO2 solubility measurements were determined by two methods: using a thermogravimetric microbalance and with an equilibrium cell with sapphire windows. These tests at 25°C and 25 bar, obtained for the [bmim][BF 4] in equilibrium cell xC02 = 0,28 and in PTGA xC02 = 0,25 and the Henry's constant values of 50,37 bar e 29,52 bar, respectively, demonstrating to be compatible with the literature and applied in CO2 absorption processes, so the ILs can be considered as candidates to carbon capture solvents.