Hybrid Ionic Liquids/Metal Organic Frameworks for CO2/CH4 Separation

• Autor(a) principal: Ferreira, Tiago Jorge
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/24510
• topic: impregnação com IL; materiais IL@ZIF-8; adsorção; upgrading de biogás; IL impregnation; IL@ZIF-8; adsorption; biogas upgrading; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia

Nesta tese produziram-se nove novos materiais compósitos de ZIF-8, uma rede organometálica porosa (MOF), impregnado com diferentes líquidos iónicos (ILs). Estes novos compósitos, designados genericamente por IL@ZIF-8, foram preparados e caracterizados com o objetivo de serem considerados potenciais adsorventes a aplicar em processos de separação por adsorção, tais como o upgrading ou condicionamento de biogás a biometano. Numa primeira fase, a mesma quantidade molar de nove ILs diferentes foi incorporada na estrutura do ZIF-8, garantindo uma comparação válida entre as amostras. O efeito da incorporação do IL na capacidade de adsorção dos materiais compósitos foi estudado, bem como a influência do catião e do anião do IL na capacidade de adsorção de CO2 (dióxido de carbono) e CH4 (metano) e respetivo efeito na seletividade ideal CO2/CH4. A caracterização textural exaustiva a cada material compósito foi feita com recurso a picnometria de He, adsorção-dessorção de N2 a 77 K, difração de raios-X de pó (PXRD), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM). Os resultados de equilíbrio de adsorção-dessorção de CO2 e CH4 nos compósitos mostram que o catião imidazólio com uma curta cadeia alquílica favorece a capacidade de adsorção para estes materiais. No entanto, quem tem um papel mais ativo de adsorção de gás é o anião e o melhor daqueles que foi testado é o acetato. Em termos de seletividade ideal CO2/CH4, em traços gerais, as amostras que capturaram menos gás são as mais seletivas. O compósito C10@ZIF-8 é o material mais seletivo entre 1 e 3 bar; de 4 a 16 bar, C2OH@ZIF-8 é o material mais seletivo, com ganhos médios de quase 25% na seletividade em comparação com o ZIF-8 puro. O compósito C6B(CN)4@ZIF-8 apresenta boa capacidade de adsorção de gás, tendo ao mesmo tempo uma boa seletividade CO2/CH4. O efeito da quantidade de IL impregnada (loading) foi também estudado. Novas amostras C2OH@ZIF-8 e C6B(CN)4@ZIF-8 foram produzidas com diferentes loadings e caraterizadas com as mesmas técnicas anteriormente mencionadas. Os resultados obtidos de equilíbrio de adsorção para estas amostras foram inconclusivos. Este trabalho abre assim as portas para um campo de investigação de novos materiais com resultados potencialmente interessantes em aplicações de adsorção, dada a multitude de ILs e MOFs existentes.