Experimental and computational analysis of phase equilibria of binary and ternary systems involving ionic liquids

Autor: Edson Massakazu de Souza Igarashi
Přispěvatelé: Pedro Felipe Arce Castillo, Roberta Ceriani, Luiz Tadeu Fernandes Eleno, Messias Borges Silva
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: A busca por sistemas de produção e produtos mais sustentáveis tem sido um tópico constantemente abordado em discussões, reuniões e trabalhos acadêmicos. Processos de produção, antes vistos como inofensivos, começaram a impactar o meio ambiente de maneira significativa, devido ao aumento do volume demandado de um produto ou serviço. Etapas de separação e purificação de produtos podem ser otimizadas por meio da utilização dos líquidos iônicos, que têm recebido uma atenção especial nos últimos tempos em função de suas propriedades diferenciadas que permitem a substituição de compostos poluentes como, por exemplo, compostos orgânicos voláteis ou a simplificação de processos de purificação de produtos obtidos de fontes renováveis. Esses compostos são vistos como sais fundidos, ou seja, substâncias compostas por íons orgânicos que se encontram em estado líquido em temperaturas abaixo de 100 ºC. A quantidade de combinações desses íons faz com que haja uma diversidade de líquidos iônicos com diferentes propriedades para ser explorada nas mais variadas áreas do conhecimento. Nesta tese, o estudo do comportamento de líquidos iônicos à base de imidazólio no equilíbrio de fases foi proposto desde a montagem dos aparatos experimentais e a validação das metodologias adotadas, seguido pela obtenção de dados experimentais de equilíbrios líquido-vapor, a baixas pressões, em sistemas ternários envolvendo água, etanol e líquido iônico ([hmim][BF4] e [emim][EtSO4]); a altas pressões, em sistemas binários envolvendo dióxido de carbono e líquido iônico ([emim][BF4], [emim][EtSO4] e [hmim][BF4]); e equilíbrio líquido-líquido, em sistemas ternários compostos por água, 1-butanol e líquido iônico ([emim][BF4], [emim][EtSO4] e [hmim][BF4]), que foram submetidos a um teste de qualidade para seguirem para a modelagem e simulação termodinâmicas. Os resultados demonstraram que a metodologia experimental se mostrou adequada aos sistemas estudados nas condições propostas, uma vez que, comparativamente, foi possível reproduzir o comportamento encontrado na literatura para as mesmas condições. Os estudos dos sistemas envolvendo os líquidos iônicos retornou dados experimentais inéditos e de qualidade, segundo os testes selecionados de acordo com o equilíbrio de fases, gerando desvios baixos na modelagem com os modelos termodinâmicos utilizados. A simulação termodinâmica se apresentou como uma boa alternativa de abordagem, quando há dados suficientes e uma boa seleção de descritores moleculares, para o processamento eficiente dos dados em um intervalo de tempo menor. The search for more sustainable production systems and products has been a matter constantly addressed in discussions, meetings and academic papers. Production processes, previously considered harmless, start having a significant impact on the environment, due to the increase on the demand of a product or service. Separation and purification processes of products can be optimized through the use of ionic liquids, which have received special attention nowadays due to their distinguished properties that allow them to replace polluting compounds, such as volatile organic compounds, or simplify the purification processes for products obtained from renewable sources. These compounds are considered molten salts, i.e., substances formed of organic ions in a liquid state at temperatures below 100 °C. The number of ion combinations means that there is a variety of ionic liquids with different properties to explore in diversified areas of knowledge. In this work, the study of imidazolium-based ionic liquid behavior in the phase equilibria was proposed by setting the experimental apparatus and the validation of the employed methods, followed by obtaining experimental data on liquid-vapor equilibrium at low pressures, in ternary systems composed of water, ethanol and ionic liquid ([hmim][BF4] and [emim][EtSO4]); at high pressures, in binary systems composed of carbon dioxide and ionic liquid ([emim][BF4], [emim][EtSO4] and [hmim][BF4]); and liquid-liquid equilibrium in ternary systems composed of water, 1-butanol and ionic liquid ([emim][BF4], [emim][EtSO4] and [hmim][BF4]), which were submitted to a quality test previously to thermodynamic modeling and simulation. The results showed that the experimental methods were suitable for the systems studied under the determined conditions, once it was possible to reproduce the behavior found in the literature for the same conditions. The studies of systems involving ionic liquids returned unpublished and quality experimental data, in accord with the tests selected according to the phase equilibrium, providing low deviations in the modeling with the thermodynamic models selected. The thermodynamic simulation showed to be a reasonable alternative approach, when there is enough data and a good set of molecular descriptors, to process the data efficiently in a shorter period of time.
Databáze: OpenAIRE
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