Síntese de fenolatos zwitteriônicos aplicados à captura de dióxido de carbono

Abstract

O desenvolvimento de novos materiais para captura de dióxido de carbono (CO2) é essencial diante das limitações das tecnologias atualmente empregadas, especialmente quanto ao alto custo e ao elevado consumo energético. Nesse contexto, destacam-se as bases zwitteriônicas (BZs), uma nova classe de substâncias com propriedades que as tornam promissoras para uso em sistemas industriais de captura de CO2. Este trabalho teve como objetivos o desenvolvimento de rotas alternativas para obtenção de BZs, visando a redução dos custos associados à sua síntese; e avaliação do desempenho desses compostos na captura cíclica de CO2. Foram desenvolvidas novas rotas sintéticas, incluindo o uso de dimetil carbonato (DMC), 1,2-dibromo-etano e oxiranos como precursores, sendo que as reações envolvendo oxiranos se mostraram as mais promissoras, por utilizarem reagentes de baixo custo e elevada disponibilidade comercial. Seis BZs foram obtidas nesse trabalho, sendo cinco delas inéditas, todas com alto grau de pureza e capazes de reagir ciclicamente com o CO2. Quatro desses compostos foram testados em reator automatizado, totalizando mais de 100 ciclos de absorção e dessorção sem perdas aparentes na capacidade de captura de CO2. Os resultados obtidos demonstram a robustez das BZs como agentes de captura de CO2, e ampliam as rotas sintéticas disponíveis para obtenção dessa classe de compostos.

The development of new materials for carbon dioxide (CO2) capture is essential given the limitations of currently employed technologies, especially their high cost and energy consumption. In this context, zwitterionic bases (BZs) stand out as a new class of compounds with properties that make them promising for industrial CO2 capture applications. This work aimed to develop alternative synthetic routes for obtaining BZs, seeking to reduce the costs associated with their synthesis, and to evaluate the performance of these compounds in cyclic CO2 capture. New synthetic approaches were developed, including the use of dimethyl carbonate (DMC), 1,2-dibromoethane, and oxiranes as precursors, with the oxirane-based reactions proving to be the most promising due to their use of low-cost and commercially available reagents. Six BZs were obtained in this study, five of which are novel compounds, all exhibiting high purity and the ability to reversibly react with CO2. Four of these compounds were tested in an automated reactor, completing more than 100 absorption and desorption cycles without apparent loss of CO2 capture capacity. The results demonstrate the robustness of BZs as CO2 capture agents and expand the range of available synthetic routes for this class of compounds, contributing to the development of more sustainable and economically viable carbon capture processes.