Estudo da interação de líquidos iônicos com solventes orgânicos e água

Abstract

Ao longo da última década, pesquisas com líquidos iônicos (LIs) apresentaram um aumento significativo, em razão das características desejáveis em diversos processos e pela facilidade em moldar suas propriedades físico-químicas. Diante disso, este trabalho tem como objetivo estudar as interações de solventes orgânicos e a água em quatro líquidos iônicos próticos (LIPs): propanoato de butilamônio ([BA][Pr]), propanoato de dietilamônio ([DEA][Pr]), propanoato de N-metil-2-hidroxietilamônio ([m-2HEA][Pr]) e propanoato de N-etil-2-hidroxietilamônio ([e-2HEA][Pr]). Os LIPs foram caracterizados por meio da Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de 1H e 13C para confirmação da estrutura química, e avaliados quanto a sua estabilidade térmica por meio de análises termogravimétricas (TGA). Posterior a caracterização, foram determinadas propriedades termodinâmicas de misturas binárias. O equilíbrio líquido-vapor (ELV) entre água–LI foi medido por meio da técnica higrométrica, enquanto o coeficiente de atividade em diluição infinita (IDAC) de 17 solventes orgânicos em LIPs (γi;LIP 8 ), foi determinado utilizando a técnica de cromatografia gasosa inversa (IGC). Por fim, os parâmetros do modelo NRTL foram estimados utilizando os dados de ELV levantados, e a capacidade preditiva do modelo COSMO-SAC foi verificada, comparando a sua qualidade de resposta com os dados experimentais. Baseado no comportamento dos LIs frente à água, observou-se que todos os sistemas água–LIPs investigados apresentaram desvios negativos a idealidade (γi8 < 1), demonstrando alta compatibilidade entre as substâncias. Em relação as análises cromatográficas, todos os solventes orgânicos foram retidos predominantemente pela interação entre a fase líquida e vapor, com exceção dos alcanos que apresentaram alta influência da adsorção interfacial. Álcoois e organoclorados foram os solventes com maior afinidade com os LIPs estudados, com valores de IDAC próximos a unidade. Altos valores de IDAC foram encontrados para hidrocarbonetos, e o aumento da cadeia carbônica tem relação direta com o valor do IDAC. Por fim, com base no comportamento dos LIPs frente aos solventes orgânicos e à água, identificou-se uma potencial aplicação destes em processos de separação, como na obtenção de álcool anidro e na desidratação de gás natural e também na separação de hidrocarbonetos com características semelhantes, devido os altos valores de seletividade.

Over the last decade, research on ionic liquids (ILs) has shown a significant increase, since they present desirable characteristics for a variety of processes and can be easily molded to give the necessary physicochemical properties. This work aims to study the interactions of organic solvents and water with four protic ionic liquids (PILs): butylammonium propionate ([BA][Pr]), diethylammonium propionate ([DEA][Pr]), N-methyl-2-hydroxiethylammonium propionate ([m-2HEA][Pr]) and Nethyl-2-hydroxiethylammonium propionate ([e-2HEA][Pr]). First, the PILs were characterized by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) of 1H and 13C, to confirm the chemical structure, and then evaluated for their thermal stability by thermogravimetric analysis (TGA). After characterization, thermodynamic properties such as vaporliquid equilibrium (VLE), were determined for water and ILs by the hygrometric technique, and infinite dilution activity coefficient (IDAC) of 17 solvents in PIL (γi;LIP 8 ) was obtained by inverse gas chromatography (IGC) technique. Finally, the NRTL model parameters were estimated using VLE data and the predictive capacity of COSMOSAC model was assessed by comparing its response with experimental data. Based on the behavior of the ILs with water, it was observed that all water–PILs systems investigated show negative deviations to ideality (γi8 < 1), indicating a favorable interaction between water and the studied ammonium-based ILs. Regargind the chromatographic analysis, all organic solvents were mainly retained due to vapor-liquid interactions, except the n-alkanes that showed high influence of interfacial adsorption with column support. Organochlorine and alcohols were found to have strong affinity with PILs, since the IDAC values were close to unity. In general, high IDAC values were found for hydrocarbons, and the increase in the carbon chain showed a direct relation to the IDAC value. Finally, considering the behavior of LIPs in relation to organic solvents and water, potential applications of the ionic liquids in separation processes were identified. For example, in obtaining anhydrous alcohol and dehydration of natural gas, due to the strong interactions between water–LIPs, and in the separation of hydrocarbons with similar characteristics, due to the high selectivity values observed.