Líquidos Iônicos Porosos para a Captura Seletiva de Gases

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Páez, Ahmed Díaz
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Captura de CO2; CO2 capture; Espectroscopia vibracional; Estruturas metal-orgânicas; Gas solubility; Ionic liquids; Líquidos iônicos; Líquidos porosos; Metal-organic frameworks; Porous liquids; Solubilidade de gases; Solvation thermodynamics; Termodinâmica de solvatação; Vibrational spectroscopy
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-30042025-112053/

O processo de captura e armazenamento de carbono (CCS) envolve a coleta de CO2 de fontes emissoras, como usinas termoelétricas e indústrias, seguido de seu transporte e armazenamento em locais subterrâneos, como aquíferos salinos ou formações geológicas. Além disso, novas abordagens exploram a reutilização do CO2 capturado em processos industriais, transformando-o em produtos de valor agregado. Neste contexto, o desenvolvimento de materiais eficientes e econômicos para capturar CO2 é essencial, e os líquidos porosos surgem como uma solução inovadora. Esses materiais combinam porosidade, que maximiza a área de contato com o gás, com fluidez, que facilita o manuseio. Este estudo investiga a síntese, caracterização e aplicação de líquidos porosos do tipo 3, com foco na captura de CO2. O objetivo foi desenvolver materiais que combinassem líquidos iônicos geminados (LIGs) e estruturas metal-orgânicas (MOFs) da família ZIFs (zeolitic imidazolate frameworks), criando líquidos com microporosidade permanente. Três novos LIGs foram sintetizados: C3-GemOAc, C5-GemOAc e C5-GemLev, baseados em sais de trimetileno-1,3-bis(acetato de dimetilbenzilamônio), pentametileno-1,5-bis(acetato de dimetilbenzilamônio) e pentametileno-1,5-bis(levulinato de dimetilbenzilamônio), respectivamente. Descobriu-se que o aumento de dois carbonos, de propano em C3-GemOAc para pentano em C5-GemOAc, reduziu a viscosidade e aumentou a solubilidade de CO2, possivelmente devido ao maior volume livre em C5-GemOAc. Entre os líquidos iônicos geminados estudados, o C5-GemLev demonstrou uma capacidade de absorção significativamente maior, devido ao maior volume livre e às interações favoráveis entre o ânion levulinato e o CO2. Além disso, foram criados três líquidos porosos dispersando ZIF-8 e ZIF-67 nos LIGs. O ZIF-67 apresentou melhor desempenho, mantendo a porosidade e a capacidade de adsorção de CO2. O composto ZIF-67/C5-GemLev_5% w/w atingiu uma capacidade máxima de 128 mg de CO2/g a 25 bar, resultado próximo ao do ZIF-67 puro. Estudos espectroscópicos vibracionais indicaram que os ânions acetato e levulinato têm papel crucial na solubilidade do CO2, com alterações nas bandas vibracionais em presença do gás. Análises termodinâmicas mostraram que a solubilidade de CO2 diminui com o aumento da temperatura, refletindo valores mais positivos de energia de Gibbs de solvatação. As amostras que possuem ânions levulinato, apresentaram as entalpias de solvatação mais negativas, indicando interações mais fortes do CO2 com ânion levulinato. Em resumo, este trabalho representa um avanço no desenvolvimento de líquidos porosos do tipo 3 para captura de CO2, destacando a importância da escolha adequada dos componentes e das condições de síntese. Os materiais desenvolvidos têm grande potencial em aplicações decaptura e armazenamento de gases, oferecendo uma alternativa promissora para a mitigação das emissões de gases de efeito estufa.