< Terug naar vorige pagina
Project
Ionische vloeistoffen voor de absorptie van koolstofdioxide op membranen
Het verlagen van de CO2 emissie is niet alleen een droom van de ecologist, maar het hergebruik van dit gas kan ook voordelig zijn voor de industrie waar CO2 een belangrijke grondstof is. Sinds in de meeste gevallen,CO2 met andere gassen vermengd is, moet het eerst gezuiverd worden alvorens men het kan vangen.
Een beloftevolle methode maakt gebruik van membranen die ionische vloeistoffen (ILs) bevatten die CO2 absorberen. Hoewel verschillende ionische vloeistoffen in het verleden getest zijngeweest, is de zoektocht naar een industrieel relevante ionische vloeistof nog steeds lopende. Meer nog, de verbanden tussen de structuur en deperformanties van de ionische vloeistoffen, alsook het oplossingsmechanisme van CO2 in ionische vloeistoffen is nog steeds niet volledig opgehelderd.
Deze doctoraatsverhandeling is gericht op de ontwikkeling en synthese van ionische vloeistoffen voor de scheiding van CO2 van N2 en CH4 in Supported Ionic Liquid Membranes (SILMs)
en IL-polymeer blend membranen. Ook de verbanden tussen de structuur en de performantie
van deze nieuwe verbindingen worden onderzocht.
De studie van eenreeks tri(ethyleen glycol)-gefunctionaliseerde ionische vloeistoffen met verschillende kationische kernen heeft aangetoond dat kationen de scheiding van CO2 in gelijke
mate beïnvloeden als de anionen. De selectiviteiten van deze monokationische verbindingen waren gemiddeld twee keer lager dan deze van de dikationische analogen. Dit kan verklaard worden door de lagere permeantie van stikstof en methaan door de ionische vloeistof laag en de grotere hoeveelheid aan interactie sites voor CO2.
Naast de tri(ethyleen glycol)groep, is ook vaak gerapporteerd dat de nitrilgroep de CO2 scheiding sterk verbetert. Omwille van deze reden werden vervolgens beide groepen ingebouwd in pyrrolidinium en imidazolium ionische vloeistoffen. Deze ionische vloeistoffen vertoonden een 2.3 keer hogere selectiviteit voor CO2/N2 en CO2/CH4 scheidingen in vergelijking met de analoge ionische vloeistoffen die enkel met de glycolketen gefunctionaliseerd waren. In situ FTIR-ATR spectroscopische methoden werden gebruikt om de oplosbaarheid van CO2, de opzwelling van ionische vloeistoffen en de interacties van CO2 met de nitrilgroep te bestuderen. De digefunctionaliseerde ionische vloeistoffen interageerden sterker met CO2 dan de
glycol-gefunctionaliseerde ionische vloeistoffen.
Een nadeel van het gebruik van dergelijke sterk gefunctionaliseerde ionische vloeistoffen is echter de complexe synthese en de opzuiveringsmoeilijkheden die leiden tot lage synthese rendementen. Om deze problemen te vermijden, werden metaalhoudende ionische vloeistoffen ontwikkeld en geëvalueerd op hunmembraanperformanties. De verbindingen bestonden uit complexe kationen en bis(trifluoromethylsulfonyl) imide anionen. In elk kation werden zes imidazoolliganden met een nitril of oligo(ethyleen oxide) groep gecoördineerd aan het centrale d-blok metaalion. Kristalstructuren van de nitril-gebaseerde ionische vloeistoffen werden bepaald. Analoge ionische
vloeistoffen met vier of vijf liganden werden eveneens bestudeerd en vertoonden een gelijkaardige selectiviteit als de zes-gecoördineerde ionischevloeistoffen. Matige selectiviteiten werden bekomen voor membranen bestaande uit een blend van deze ionische vloeistoffen met polymeren.</></>
Een beloftevolle methode maakt gebruik van membranen die ionische vloeistoffen (ILs) bevatten die CO2 absorberen. Hoewel verschillende ionische vloeistoffen in het verleden getest zijngeweest, is de zoektocht naar een industrieel relevante ionische vloeistof nog steeds lopende. Meer nog, de verbanden tussen de structuur en deperformanties van de ionische vloeistoffen, alsook het oplossingsmechanisme van CO2 in ionische vloeistoffen is nog steeds niet volledig opgehelderd.
Deze doctoraatsverhandeling is gericht op de ontwikkeling en synthese van ionische vloeistoffen voor de scheiding van CO2 van N2 en CH4 in Supported Ionic Liquid Membranes (SILMs)
en IL-polymeer blend membranen. Ook de verbanden tussen de structuur en de performantie
van deze nieuwe verbindingen worden onderzocht.
De studie van eenreeks tri(ethyleen glycol)-gefunctionaliseerde ionische vloeistoffen met verschillende kationische kernen heeft aangetoond dat kationen de scheiding van CO2 in gelijke
mate beïnvloeden als de anionen. De selectiviteiten van deze monokationische verbindingen waren gemiddeld twee keer lager dan deze van de dikationische analogen. Dit kan verklaard worden door de lagere permeantie van stikstof en methaan door de ionische vloeistof laag en de grotere hoeveelheid aan interactie sites voor CO2.
Naast de tri(ethyleen glycol)groep, is ook vaak gerapporteerd dat de nitrilgroep de CO2 scheiding sterk verbetert. Omwille van deze reden werden vervolgens beide groepen ingebouwd in pyrrolidinium en imidazolium ionische vloeistoffen. Deze ionische vloeistoffen vertoonden een 2.3 keer hogere selectiviteit voor CO2/N2 en CO2/CH4 scheidingen in vergelijking met de analoge ionische vloeistoffen die enkel met de glycolketen gefunctionaliseerd waren. In situ FTIR-ATR spectroscopische methoden werden gebruikt om de oplosbaarheid van CO2, de opzwelling van ionische vloeistoffen en de interacties van CO2 met de nitrilgroep te bestuderen. De digefunctionaliseerde ionische vloeistoffen interageerden sterker met CO2 dan de
glycol-gefunctionaliseerde ionische vloeistoffen.
Een nadeel van het gebruik van dergelijke sterk gefunctionaliseerde ionische vloeistoffen is echter de complexe synthese en de opzuiveringsmoeilijkheden die leiden tot lage synthese rendementen. Om deze problemen te vermijden, werden metaalhoudende ionische vloeistoffen ontwikkeld en geëvalueerd op hunmembraanperformanties. De verbindingen bestonden uit complexe kationen en bis(trifluoromethylsulfonyl) imide anionen. In elk kation werden zes imidazoolliganden met een nitril of oligo(ethyleen oxide) groep gecoördineerd aan het centrale d-blok metaalion. Kristalstructuren van de nitril-gebaseerde ionische vloeistoffen werden bepaald. Analoge ionische
vloeistoffen met vier of vijf liganden werden eveneens bestudeerd en vertoonden een gelijkaardige selectiviteit als de zes-gecoördineerde ionischevloeistoffen. Matige selectiviteiten werden bekomen voor membranen bestaande uit een blend van deze ionische vloeistoffen met polymeren.</></>
Datum:1 okt 2010 → 31 okt 2014
Trefwoorden:Carbon dioxide capture, Ionic liquids
Disciplines:Fysica van gecondenseerde materie en nanofysica, Analytische chemie, Farmaceutische analyse en kwaliteitszorg, Anorganische chemie, Organische chemie, Fysische chemie
Project type:PhD project