Estudos de adsorÃÃo de CO2 na estrutura metalorgÃnica Cu-BTC impregnada com lÃquidos iÃnicos por tÃcnicas experimentais e de simulaÃÃo molecular

• Autor(a) principal: Francisco Wilton Miranda da Silva
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC
• Texto Completo: http://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=12453
• topic: SimulaÃÃo Monte Carlo; ImpregnaÃÃo; LÃquidos iÃnicos; SimulaÃÃo molecular; Adsorption; Cu-BTC; Impregnation; Ionic liquids; Molecular simulation; ENGENHARIA QUIMICA

A separaÃÃo de CO2 a partir de misturas gasosas industriais consiste em um importante tema tanto do ponto de vista cientÃfico quanto ambiental. O interesse suscitado pelo tema està diretamente relacionado à problemÃtica da presenÃa do diÃxido de carbono tanto nos gases de combustÃo (flue gas) quanto no gÃs natural (GN) e biogÃs. A absorÃÃo usando aminas à uma tecnologia madura que tem sido utilizado na indÃstria do gÃs natural para remoÃÃo de CO2. No entanto, apresenta algumas desvantagens, tais como corrosÃo dos equipamentos e alto consumo de energia para regenerar o absorvente. LÃquidos iÃnicos (LIs) tÃm sido propostos como uma alternativa aos solventes orgÃnicos, devido à baixa volatilidade e elevada solubilidade do CO2. Contudo, o seu elevado custo limita sua aplicaÃÃo em processos de separaÃÃo industriais por absorÃÃo. Neste contexto, a impregnaÃÃo de pequenas quantidades de LIs em suportes porosos tÃm sido recentemente reportada para prÃpositos de captura de CO2. Estruturas metalorgÃnicas tÃm sido apontadas como um adsorvente adequado devido a sua elevada capacidade de adsorÃÃo de CO2 e à possibilidade de acomodar molÃculas que lhes confiram novas funcionalidades. Neste trabalho, investigamos a adsorÃÃo de CO2 na estrutura metalorgÃnica Cu-BTC impregnada com lÃquidos iÃnicos por tÃcnicas experimentais e de simulaÃÃo molecular. Os lÃquidos iÃnicos utilizados para impregnaÃÃo foram o hexafluorofosfato de 1-butil-3- metilimidazÃlio (BMIM-PF6) e o bis(trifluorometilsulfonil)-imida de 1-butil-3-metilimidazÃlio (BMIM-Tf2N). No Ãmbito experimental, amostras comerciais de Cu-BTC foram impregnadas com LIs em diversas concentraÃÃes em peso (1, 5 e 10 wt%). Os materiais impregnados foram caracterizados por diversas tÃcnicas de caracterizaÃÃo e avaliados em relaÃÃo a adsorÃÃo de CO2. Os resultados mostraram que a impregnaÃÃo de LIs em Cu-BTC reduz a capacidade de adsorÃÃo de CO2, contrariamente ao que foi predito por simulaÃÃo molecular em trabalhos prÃvios. No contexto da simulaÃÃo molecular, foram realizadas simulaÃÃes de impregnaÃÃo para gerar estruturas impregnadas com diferentes quantidades de LI. SimulaÃÃes de adsorÃÃo de CO2, CH4 e N2 nas estruturas geradas foram realizadas utilizando o ensemble Grande CanÃnico (μVT) para avaliar a presenÃa de LI na estrutura da Cu-BTC. Observou-se que a presenÃa de LI em vÃrias concentraÃÃes aumentou a capacidade adsortiva de CO2 a baixas pressÃes (atà ~ 3 bar), enquanto a adsorÃÃo dos outros gases nÃo foi significativamente alterada. Contudo, a baixas concentraÃÃes impregnada (5 %wt), a adsorÃÃo de CO2 nÃo foi sensÃvel à presenÃa do LI. Por outro lado, quando foi aumentada a quantidade de LI impregnada em nossos experimentos, houve uma rÃpida degradaÃÃo das propriedades texturais do material, conforme observado para amostra impregnada com 10 wt% de BMIM-PF6. Assim, aparentemente, os poros da Cu-BTC sÃo pequenos para incorporar lÃquidos iÃnicos nas concentraÃÃes que teoricamente levariam a maiores quantidades adsorvidas de CO2.