Captura de CO2 em correntes gasosas por soluções de líquidos iônicos

Abstract

Este trabalho teve como objetivo o uso de líquidos iônicos em solução para a captura de dióxido de carbono. Para isso, foram sintetizados cinco líquidos iônicos, variando a estrutura catiônica e aniônica, focando especialmente em sais de imidazólio e ânions provenientes do anel imidazol com substituintes em diferentes posições. Primeiramente soluções aquosas de líquidos iônicos foram testadas na solubilização de CO2 via simples borbulhamento do gás durante trinta minutos, à temperatura ambiente. A capacidade de sorção foi avaliada por Ressonância Magnética Nuclear de 13C, através da quantificação de CO2 fisissorvido, representado pelo sinal em 124 ppm e quimissorvido, devido o surgimento de um sinal em aproximadamente 160 ppm. Além disso, testes em diferentes soluções alcoólicas foram realizados, por possuírem uma capacidade calorífica menor que a água e consequentemente um menor custo energético para reciclagem. Todos os alcoóis testados formaram espécies alquil carbonatos, proveniente da reação entre o CO2 e o álcool. Dentre os alcoóis testados, o álcool isoamílico foi o que obteve maior eficiência na sorção de CO2, chegando a sorver 1,48 molCO2/molLI. Estudos da variação da concentração das soluções alcoólicas e aquosas foram realizados, foi possível observar uma tendência linear similar à equação de Henderson-Hasselbach, caracterizando um sistema tampão. Ainda, foi realizado reciclos da solução sorvente, onde foi possível observar uma queda na capacidade de sorção devido à permanência majoritária do alquil carbonato e consequente saturação do sistema. Por fim, um teste com uma mistura gasosa contendo um teor de 15% de dióxido de carbono foi executado, a quantidade sorvida foi por volta de apenas 33% abaixo do que a feita em CO2 puro, mostrando que o sistema aqui reportado manteve-se eficiente e pode ser empregado em correntes gasosas industriais.

This work aims the use of ionic liquids in solution for the capture of carbon dioxide. For this, five ionic liquids were synthesized, varying the cationic and anionic structure, focusing specially on imidazolium salts and anions from imidazole ring with substituents in different positions. Initially, ionic liquids aqueous solutions were tested in the solubilization of carbon dioxide by bubbling the gas during 30 minutes at room temperature. The sorption capacity was evaluated by 13C Nuclear Magnetic Resonance, through the quantification of carbon dioxide physiosorbed, represented by the signal at 124 ppm, and chemisorbed, due to the appearance of the signal at approximately 160 ppm. Moreover, tests in different alcoholic solutions were carried out, generally due their lower heat capacity than water and, consequently, a lower cost of energy for recycling. All the alcohol tested formed alkyl carbonate compounds, resulting from the reaction between alcohol and carbon dioxide. Among the alcohols tested, the isoamyl alcohol was the most efficient in sorption, reaching 1.48 molCO2/molLI. The variation of concentration of alcoholic and aqueous solutions were also performed, it was possible observe a linear trend similar to the Henderson-Hasselbach equation, characterizing a buffer system. Also, the sorbent solution was recycled, and a decrease in the sorption capacity was observed, due to maintenance of the alkyl carbonate and consequent saturation of the system. Finally, a test with gaseous mixture with a content of 15% of carbon dioxide was carried out, the amount sorbed was 33% lower than that made in pure carbon dioxide, showing that the system reported here remained efficient and can be used in industrial gas streams.