حلالیت دی‌اکسیدکربن در مایع یونی ا-بوتیل-3-متیل‌ایمیدازولیم نیترات در فشار بالا

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 6، دوره 17، شماره 3، آذر 1402، صفحه 58-67   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jacr.2023.1978683.2092

نویسندگان

مجتبی میرزائی^{* 1}؛ فائضه عظیمی²؛ بابک مختارانی³؛ علی شریفی⁴

¹استادیار شیمی کاربردی، پژوهشکده فناوری‌های نوین، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران.

²دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، پژوهشکده مهندسی نفت، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران.

³استاد مهندسی شیمی، پژوهشکده مهندسی نفت، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران.

⁴دانشیار شیمی آلی، پژوهشکده فناوری‌های نوین، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران،ایران.

چکیده

داده‌های تجربی حلالیت CO₂ در مایع ‌یونی 1-بوتیل-3-متیل­‌ایمیدازولیم نیترات [Bmim][NO₃] در گستره دمایی 25 تا 60 درجه سلسیوس و فشار تا60_/4 مگاپاسکال به­دست آمد. فرایند جذب در یک واکنشگاه ناپیوسته دو جداره از جنس فولاد زنگ­نزن با قابلیت عملیاتی تحمل فشار تا 10 مگاپاسکال مجهز به همزن مکانیکی، حسگرهای فشار و دما، مطالعه شد. با شروع فرایند برجذب گاز CO₂، فشار داخل واکنشگاه شروع به افت کرد. نقطه تعادل زمانی انتخاب شد که طی 15 دقیقه کاهش فشاری مشاهده نمی­شد. یافته‌ها نشان داد با افزایش فشار و کاهش دما، حلالیت CO₂ در مایع‌یونی [Bmim][NO₃] افزایش یافت. با واردکردن نقاط تعادلی به­دست­آمده از آزمایش­ها در معادله حالت اسپن-واگنر، حجم مولی و فوگاسیته محاسبه شد که برای به­دست­آوردن ثابت‌های قانون هنری در فشار صفر CO₂  (K^o_H,CO2)در مایع ‌یونی [Bmim][NO₃] به­کارگرفته شدند. 

کلیدواژه‌ها

برجذب کربن دی‌اکسید؛ مایع یونی بر پایه ایمیدازولیم؛ ثابت قانون هنری

مراجع

[1] Ramdin M, de Loos TW, Vlugt TJ. State-of-the-Art of CO₂ Capture with Ionic Liquids. Ind Eng Chem Res. 2012; 51:8149-8177. doi: org/10.1021/ie3003705

[2] Liu Z, Deng Z, Davis S, Ciais P. Monitoring global carbon emissions in 2022. Nat Rev Earth Environ. 2023;4:205–206. doi: org/10.1038/s43017-023-00406-z

[3] Ramdin M, Olasagasti TZ, Vlugt TJH, de Loos TW. High pressure solubility of CO₂ in non-fluorinated phosphonium-based ionic liquids. J Supercrit Fluids. 2013;82:41–49. doi: org/10.1016/j.supflu.2013.06.004

[4] Janiczek P, Kalb RS, Thonhauser G, Gamse T. Carbon dioxide absorption in a technical-scale-plant utilizing an imidazolium based ionic liquid. Sep Purif Technol. 2012; 97:20-25. doi: org/10.1016/j.seppur.2012.03.003

[5] Taib MM, Murugesan T. Solubilities of CO₂ in aqueous solutions of ionic liquids (ILs) and monoethanolamine (MEA) at pressures from 100 to 1600 kPa. Chem Eng J. 2012;181–182:56–62. doi: org/10.1016/j.cej.2011.09.048

[6] Yuan X, Zhang S, Liu J, Lu X. Solubilities of CO₂ in hydroxyl ammonium ionic liquids at elevated pressures. Fluid Phase Equilib. 2007;257(2):195–200. doi: org/10.1016/j.fluid.2007.01.031

[7] Zhao Z, Dong H, Zhang X. The research progress of CO₂ capture with ionic liquids. Chin J Chem Eng. 2012;20(1):120–9. doi: org/10.1016/S1004-9541(12)60371-1

[8] Shiflett MB, Drew DW, Cantini RA, Yokozeki A. Carbon dioxide capture using ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium acetate. Energy Fuels. 2010;24(10):5781–9. doi: org/10.1021/ef100868a

[9] Safavi M, Ghotbi C, Taghikhani V, Jalili AH, Mehdizadeh A. Study of the solubility of CO₂, H₂S and their mixture in the ionic liquid 1-octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate: Experimental and modelling. J Chem Thermodyn. 2013;65:220–32. doi: org/10.1016/j.jct.2013.05.038

[10] Yunus NM, Mutalib MIA, Man Z, Bustam MA, Murugesan T. Solubility of CO₂ in pyridinium based ionic liquids. Chem Eng J. 2012;189–190:94–100. doi: org/10.1016/j.cej.2012.02.033

[11] Zhou L, Fan J, Shang X, Wang J. Solubilities of CO₂, H₂, N₂ and O₂ in ionic liquid 1-n-butyl-3-methylimidazolium heptafluorobutyrate. J Chem Thermodyn. 2013;59:28–34. doi: org/10.1016/j.jct.2012.11.030

[12] Shin E-K, Lee B-C, Lim JS. High-pressure solubilities of carbon dioxide in ionic liquids: 1-Alkyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. J Supercrit Fluids. 2008;45(3):282–92. doi: org/10.1016/j.supflu.2008.01.020

[13] Stevanovic S, Costa Gomes MF. Solubility of carbon dioxide, nitrous oxide, ethane, and nitrogen in 1-butyl-1-methylpyrrolidinium and trihexyl(tetradecyl)phosphonium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate (eFAP) ionic liquids. J Chem Thermodyn. 2013;59:65–71. doi: org/10.1016/j.jct.2012.11.010

[14] Mirzaei M, Mokhtarani B, Badiei A, Sharifi A. Solubility of carbon dioxide and methane in 1-hexyl-3-methylimidazolium nitrate ionic liquid, experimental and thermodynamic modeling. J Chem Thermodyn. 2018;122:31–37. doi: org/10.1016/j.jct.2018.03.003

[15] Mokhtarani B, Negar Khatun A, Mafi M, Sharifi A, Mirzaei M. Experimental study on the solubility of carbon dioxide in nitrate and thiocyanate-based ionic liquids. J Chem Eng Data. 2016;61(3):1262–1269. doi: org/10.1021/acs.jced.5b00894

[16] Mirzaei M, Sharifi A, Abaee MS. Experimental study on solubility of CO₂ and CH₄ in the ionic liquid 1-benzyl-3-methylimidazolium nitrate. J Supercrit Fluids. 2023;199:105963. doi: org/10.1016/j.supflu.2023.105963

[17] Dupont J, Consorti CS, Suarez PAZ, de Sousa RF. Preparation of 1-butyl-3-methyl imidazolium-based room temperature ionic liquids. Org Synth. 2002;79:236. doi: org/10.15227/orgsyn.079.0236

[18] Cammarata L, Kazarian SG, Salter PA, Welton T. Molecular states of water in room temperature ionic liquids. Phys Chem Chem Phys. 2001;3(23):5192–5200. doi: org/10.1039/B106900D

[19] Span R, Wagner W. A new equation of state for carbon dioxide covering the fluid region from the triple-point temperature to 1100 K at pressures up to 800 MPa. J Phys Chem Ref Data. 1996;25(6):1509–96. doi: org/10.1063/1.555991

[20] Kumełan J, Pérez-Salado Kamps Á, Tuma D, Maurer G. Solubility of CO₂ in the ionic liquid [hmim][Tf2N]. J Chem Thermodyn. 2006;38(11):1396–401. doi: org/10.1016/j.jct.2006.01.013

[21] Jalili AH, Mehdizadeh A, Ahmadi AN, Zoghi AT, Shokouhi M. Solubility behavior of CO₂ and H₂S in 1-benzyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ionic liquid. J Chem Thermodyn. 2022;167:106721. doi: org/10.1016/j.jct.2021.106721

[22] Aki SNVK, Mellein BR, Saurer EM, Brennecke JF. High-pressure phase behavior of carbon dioxide with imidazolium-based ionic liquids. J Phys Chem B. 2004;108(52):20355–65. doi: org/10.1021/jp046895+

[23] Blanchard LA, Gu Z, Brennecke JF. High-pressure phase behavior of ionic liquid/CO₂ systems. J Phys Chem B. 2001;105(12):2437–44a. doi: org/10.1021/jp003309d