Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Solubility of carbon dioxide in five promising ionic liquids

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

ความสามารถในการละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ในไอออนิกลิควิด 5 ชนิด

Year (A.D.)

2013

Document Type

Thesis

First Advisor

Henni, Amr

Second Advisor

Chintana Saiwan

Faculty/College

The Petroleum and Petrochemical College (วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี)

Degree Name

Master of Science

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Petrochemical Technology

DOI

10.58837/CHULA.THE.2013.2052

Abstract

Ionic liquids are presently considered the most energy-efficient and environmentally benign solvents for CO₂ capture. This research aimed at measuring the solubility of CO₂ in five room temperature ionic liquids, triethylsulfonium bis(trifluoromethyIsulfonyI)imide(S₂₂₂][Tf₂N]), diethylmethyl(2-methoxyethyl)-ammonium bis(trifluoromethylsulfony)imide ([deme][Tf₂N]),1-propyl-3-methyl-imidazolium bis(trifluoromethylsulfony)imide ([pmim][Tf₂N]), 1-allyl-3-methyl- imidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([amim][Tf₂N]), and 1-butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate ([4mbp][BF₄]) at (313.15, 323.15 and 333.15 K) and at pressure up to 20 bar using a gravimetric microbalance. The experimental solubility data of CO₂ in these solvents were well correlated using the standard Peng-Robinson (PR-EoS), the standard Redlich-Kwong-Soave (SRK-EoS), the SRK-Eos with quadratic mixing rules, and the Non-Random Two-Liquid (NRTL) with satisfactory average absolute deviations (AADs). Binary interaction parameters for these correlations were obtained. The absorption of CO₂ was prone to diminish in this sequence: [deme][Tf₂N] > [pmim][Tf₂N] > [amim][Tf₂N] > [S₂₂₂][Tf₂N] > [4mbp][BF₄]. Four ionic liquids, [deme][Tf₂N], [pmim][Tf₂N], [amim][Tf₂N], and [S₂₂₂][Tf₂N], are deemed promising due to comparably high CO₂ absorption with physical absorption to other prevalent CO₂-absorbing ionic liquids. More interestingly, [deme][Tf₂N] evidently had the highest CO₂ solubility among all ammonium-based ionic liquids reported in the literature. In addition, Henry's law constants and enthalpies and entropies of absorption for CO₂ in the investigated ionic liquid are also reported.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

ในปัจจุบัน ไอออนิกลิควิดเป็นตัวทำละลายสำหรับกระบวนการจับคาร์บอนไดออกไซด์ที่ประหยัดพลังงานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุด งานวิจัยนี้มุ่งเน้นที่การวัดความสามารถในการละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ในไอออนิกลิควิดที่อุณหภูมิห้องทั้ง 5 ชนิด ได้แก่ ไตรเอทิล ซัลโฟนิล บิส(ไตรฟลูออโรเมทิลซัลโฟนิล)อิไมด์ ([S₂₂₂][Tf₂N]), ไดเอทิลเมทิล(ทู-เมทอกซีเอทิล)แอมโมเนียม บิส(ไตรฟลูออโรเมทิลซัลโฟนิล)อิไมด์ ([deme][Tf₂N]), วัน-โพรพิล-ทรี-เมทิลอิมมิดาโซเลียม บิส(ไตรฟลูออโรเมทิลซัลโฟนิล)อิไมด์ ([pmim][Tf₂N]), วัน-แอลลีล-ทรี-เมทิลอิมมิดาโซเลียม บิส(ไตรฟลูออโรเมทิลซัลโฟนิล)อิไมด์ ([amim][Tf₂N]) และ วัน-บิลทิล-โฟร์-เมทิลไพริดิเนียม เตตระฟลูออโรโบเรต ([4mbp][BF₄]) ที่อุณหภูมิ 313.15, 323.15 และ 333.15 K ภายใต้ความดัน 20 บาร์ โดยใช้เครื่องไมโครบาลานซ์ ชนิดกราวิเมตริก ค่าความสามารถในการละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ในตัวทำละลายเหล่านี้ที่ได้จากการทดลองสัมพันธ์กับสมการสถานะเปง-โรบินสันมาตรฐาน, สมการสถานะซอฟว์-เรดลิก-ควองมาตรฐาน, สมการสถานะซอฟว์-เรดลิก-ควองที่ใช้กฎการผสมแบบควอดราติก, และแบบจำลองสัมประสิทธิ์แอกทิวิตีของ NRTL ด้วยค่าความคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์เฉลี่ย (AADs) ที่น่าพึงพอใจ งานวิจัยนี้ได้หาค่าพารามิเตอร์อันตรกิริยาคู่สำหรับสมการสถานะและแบบจำลองสัมประสิทธิ์แอกทิวิตีอีกด้วย จากการทดลองพบว่าการดูดซึมของคาร์บอนไดออกไซด์มีแนวโน้มลดลงตามลำดับดังนี้ [deme][Tf₂N] > [pmim][Tf₂N] > [amim][Tf₂N] > [S₂₂₂][Tf₂N] > [4mbp][BF₄] ไอออนิกลิควิด 4 ชนิด [deme][Tf₂N], [pmim][Tf₂N], [amim][Tf₂N], and [S₂₂₂][Tf₂N] ถือว่าเป็นตัวทำละลายที่เป็นทางเลือกสำหรับกระบวนการจับคาร์บอนไดออกไซด์เนื่องจากมีการดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูง ซึ่งสามารถเปรียบเทียบได้กับไอออนิกลิควิดอื่น ๆ ที่แสดงการดูดซึมทางกายภาพในลักษณะเดียวกัน ที่น่าสนใจกว่านั้นคือ[deme][Tf₂N] แสดงความสามารถในการละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูงที่สุดอย่างเห็นได้ชัด ในกลุ่มไอออนิกลิควิดชนิดแอมโมเนียม นอกจากนี้ วิทยานิพนธ์ฉบับนี้ยังได้นำเสนอค่าคงที่ของเฮนรี่ เอนทาลปีและเอนโทรปีของการดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์ในไอออนิกลิควิดที่ศึกษาอีกด้วย

Link to Full Text

Share

COinS