وثيقة
Solubility of CO2 in novel eutectic solvents.
عناوين أخرى
قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون في المذيبات سهلة الانصهار الجديدة
الناشر
Sultan Qaboos University.
ميلادي
2022
اللغة
الأنجليزية
الموضوع
الملخص الإنجليزي
Ionic liquids (IL) are non-volatile liquids that have attracted interest for a range of
applications. However, a novel group of IL analogs known as deep eutectic solvents
(DES) has lately attracted a lot of interest as a flexible and practical alternative to ILs.
Because they share many of the favorable characteristics of ILs while overcoming their
major drawbacks, these solvents can be tailored to be effective substitutes. DESs are
typically less costly, safer, more sustainable, and easier to make. The capacity to
manufacture these liquids with few preparation steps is one of the most important
features that allow them to be used on a large industrial scale.
In this work, two new eutectic solvents were prepared by combining imidazole with
monoethanolamide and menthol with PEG200. Density () and viscosity () were the
two physical properties determined for the two eutectic solvents at the studied molar
ratios (1:2, 1:3, and 1:4) within a temperature range of 25 to 65 ºC. The experimental
data was regressed as a function of temperature and molar ratio. For the two studied
systems of imidazole-MEA and menthol-PEG 200 the measured density varied within
the ranges (1.042- 0.999 g/cm3
) and (1.039– 1.04g/cm3
), respectively. While viscosity
varied within the ranges of (19.7– 3.21cP) and (40– 6.08 cP), respectively.
The CO2 solubility was investigated for the two DESs in different molar ratios under
the pressure of 10 bar and a temperature range of 30-60 ºC. The highest CO2 loading
for imidazole-MEA was 0.711 (mole CO2/mole DES) at 30 ºC, 10 bar and molar ratio
of 1:4. For the menthol-PEG 200 system, the highest CO2 loading of 0.598 (mole
CO2/mole DES) was achieved at 30 ºC, 10 bar and molar ratio of 1:2. From the results
obtained, it was observed that the solubility of CO2 in these two DESs has a strong
direct relationship with pressure while inversely proportional to temperature.
To monitor the CO2 absorption behavior and detect any possible enhancement of
chemical absorption, the prepared eutectic solvents were also combined with
water. Experimental investigations revealed that both eutectic solvents' CO2
absorption capability is influenced by pressure and water content. For the imidazole MEA eutectic mixture, the CO2 absorption capacity was almost doubled when a 50%
water content was used. Using imidazole-MEA and menthol-PEG200 mixed with 50
%v water, the optimum CO2 absorption capacity of 1.357 and 0.7468 mol CO2/mol
DES at the operating conditions of 30 ºC and 10 bar.
Solubility of CO2 was verified in terms of Henry's constant. The calculated Henry's
constant (Hx) for the imidazole-MEA system (Hx =4.35−5.02 MPa) was found to be
lower than that for the menthol-PEG200 system (Hx= 4.76- 5.11MPa). Calculated
Henry's constants at 30 ºC were compared to to other DESs and ILs indicates that the
DES systems suggested in this work portrayed better CO2 absorption capability. In
addition, the absorption enthalpy of CO2 was also calculated. Results revealed the
strong interaction between CO2 and the two DES affirmed by the negative enthalpy
value.
This fundamental study leaves the door open for more in-depth investigations
involving these two novel DES systems. Special attention can be given to applications
involving carbon dioxide capture and those involving chemical reaction and extraction
technological processes.
المجموعة
URL المصدر
الملخص العربي
السوائل الايونية (IL (هي سوائل غير متطايرة جذبت الاهتمام لمجموعة من التطبيقات. ومع ذلك، فقد جذبت مجموعة جديدة من نظائر IL المعروفة باسم المذيبات عميقة الانصهار (DES (الكثير من الاهتمام كبديل مرن وعملي للسوائل الايونية .نظرا لأنها تشترك في العديد من الخصائص المفضلة للسوائل الايونية مع التغلب على عيوبها، ويمكن تصميم هذه المذيبات لتكون بدائل فعالة. عادةً ما تكون تصميمات الطاقة الثابتة أقل تكلفة وأكثر أمانًا واستدامة وأسهل في الصنع. أحد الجوانب الاساسية لهذه السوائل هو إمكانية إستخدامها على نطاق صناعي كبير باستخدام الحد الادنى من خطوات التحضير . في هذا العمل، تم تحضير مذيبين جديدين سهل الانصهار من خلل الجمع بين إيميدازول مع مونو إيثانوالميد والمنثول مع بولي إيثيلين جليكول٢٠٠ (MEA-imidazole و200 PEG-menthol (. كانت الكثافة واللزوجة هما الخواص الفيزيائية المحددة لهذين المذيبين عند النسب المولية المدروسة ضمن نطاق درجة حرارة من ٢٥ إلى ٦٥ درجة مئوية. بالنسبة للنظامين المدروسين من MEA-imidazole و200 PEG-menthol 3 ، تباينت الكثافة المقاسة ضمن النطاقين )-١.٠٤٢٠٤ ٠.٩٩٩٢٦ جم / سم 3 ( و )١.٠٤٠٢١-١.٠٣٩٠٣جم / سم ( على التوالي. بينما تفاوتت اللزوجة في نطاقات ) ٣.٢١– ١٩.٧cP )و )٦.٠٨ - ٤٠ cP )على التوالي. تم حساب نماذج رياضية لحساب هذه الخواص عند أي درجة حرارة ونسبة موالرية وبمصداقية عالية. تم فحص قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون لـ DESs في النسب المولية ١:٢ و ١:٣ و ١:٤ تحت ضغط ١٠ بار ونطاق درجة حرارة ٦٠-٣٠ درجة مئوية. كان أعلى ذوبان لثاني أكسيد الكربون لإليميدازول مع مونو إيثانوالميد هو ٠.٧١١٥ عند ٣٠ درجة مئوية و١٠ بار ونسبة موالرية :1 .4 بالنسبة لنظام المنثول مع بولي إيثيلين جليكول٢٠٠ ، تم تحقيق أعلى ذوبان لثاني أكسيد الكربون قدره 0.5987 عند ٣٠ درجة مئوية و ١٠ بار ونسبة موالرية .١:٢ من النتائج التي تم الحصول عليها ، لوحظ أن قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون في هذين السائلين لها علقة مباشرة قوية بالضغط بينما تتناسب عكسيا . ًمع درجة الحرارة لمراقبة سلوك امتصاص ثاني أكسيد الكربون واكتشاف أي تحسين محتمل، تم أي ًضا دمج المذيبات سهلة الانصهار مع الماء. كشفت التجارب أن قدرة امتصاص ثاني أكسيد الكربون للمذيبات عميقة الانصهار تتأثر بالضغط ومحتوى الماء. بالنسبة لخليط MEA-imidazole عميق الانصهار، تضاعفت سعة امتصاص ثاني أكسيد الكربون تقريبًا عند استخدام محتوى مائي بنسبة ٪٥٠ . عند مزوج هذين المذيبين مع الماء بنسبة ٪50 ، فإن قدرة امتصاص ثاني أكسيد الكربون المثلى هي ١.٣٥٧و ٠.٧٤٦٨ (مول من ثاني أكسيد الكربون / مول DES (في ظروف تشغيل تبلغ ٣٠ درجة مئوية و ١٠ بار. تم التحقق من قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون السوائل المدروسة بحساب ثابت هنري. كان ثابت هنري المحسوب لنظام إيميدازول مع مونو إيثانوالميد )٥.٠٢-٤.٣٥( ميجا باسكال أقل من نظام المنثول مع بولي إيثيلين جليكول بالمذيبات عميقة الانصهار والسوائل ٢٠٠ )٥.١١-٤.٧٦( ميجا باسكال .تشير القيمة المنخفضة المحسوبةمقارنةً الايونية الاخرى إلى أن أنظمة المذيبات سهلة الانصهار المقترحة في هذا العمل تمتلك قدرة أفضل على امتصاص ثاني أكسيد الكربون. بالاضافة إلى ذلك، تم أي ًضا حساب المحتوى الحراري المتصاص ثاني أكسيد الكربون. أظهرت النتائج وجود تفاعل قوي بين ثاني أكسيد الكربون و المذيبات سهلة الانصهار مؤكدًا بقيمة المحتوى الحراري السالبة .تترك هذه الدراسة الاساسية الباب مفتو ًحا لمزيد من التحقيقات المتعمقة التي تتضمن هذين النظامين الجديدين للمذيبات عميقة الانصهار .يمكن إعطاء اهتمام خاص للتطبيقات التي تتضمن احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتلك التي تنطوي على تفاعل كيميائي وعمليات الاستخلاص.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية