Estudio de la captura de CO2 en polímeros sustituidos con cationes de tipo líquido iónico (PSCLI)

Sánchez Laínez, Javier
Gimeno Tolosa, María Pilar (dir.)

Gonzalo Callejo, Alberto (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2013
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Tecnologías del Medio Ambiente

Ingeniero Químico

Resumen: La reducción de las emisiones de CO2 ha alcanzado especial relevancia por ser este gas uno de los máximos responsables del efecto invernadero que produce el conocido calentamiento global. En los últimos años, algunos estudios han propuesto el uso de líquidos iónicos (LIs) como absorbentes alternativos a la captura de CO2, ya que poseen interesantes propiedades como alta estabilidad térmica, amplio rango de temperaturas en estado líquido, baja volatilidad, buena solubilidad del CO2 y la posibilidad de ajustar sus propiedades mediante la selección de iones. Sin embargo, en estudios previos se ha determinado que la viscosidad de los LIs constituye un aspecto clave, no sólo en la solubilidad del CO2 en los LIs, sino también sobre la cinética de disolución. Es por ello que se propone para la realización de este proyecto el desarrollo de polímeros sustituidos con cationes de tipo líquido iónico (PSCLI) con elevadas capacidades de captura de CO2, basados en la inmovilización de cationes de imidazolio en resinas de intercambio iónico que posean como grupos funcionales aniones típicos de líquidos iónicos. De esta manera se sintetiza el líquido iónico in situ en los centros activos de la resina. La presente memoria se ciñe a las actividades experimentales realizadas en el Instituto de Carboquímica (ICB) para la realización de este proyecto, como la síntesis y caracterización elemental y de estabilidad térmica de PSCLI. Se emplearon tres modos de síntesis sobre ocho resinas diferentes. Inicialmente se llevó a cabo la síntesis de los PSCLI en columna, mediante un intercambio con [Bmim][Cl], tras convertir las resinas en su forma sódica. Como alternativa, se realizó también una síntesis en discontinuo a temperatura. La caracterización se llevó a cabo mediante diversas técnicas analíticas, tales como: análisis ICP, análisis elemental, espectroscopía infrarroja y análisis termogravimétrico. Además se estudiaron los modos de captura de CO2, así como la influencia de temperatura y presión en el proceso y, finalmente, la aproximación a la captura de CO2 en condiciones similares a las reales con determinación de capacidad de captura y examen cualitativo de las curvas de ruptura. Las principales conclusiones extraídas de este estudio se resumen a continuación. Se ha logrado sintetizar con éxito doce PSCLI, logrando una incorporación [Bmim+] al polímero entorno al 50% del máximo teórico posible, sin observar una diferencia importante entre la síntesis en continuo y la síntesis en discontinuo a temperatura con [Bmim][Cl] en cuanto a la incorporación de [Bmim+] al polímero, apuntando más a un problema estérico que difusional. Se ha observado que las muestras sintetizadas presentan elevadas capacidades de absorción de agua, aspecto que se debe tener en cuenta para garantizar una adecuada captura de CO2. El estudio de captura de CO2 muestra que los PSCLI sintetizados a temperatura presentan mayor capacidad de captura que los sintetizados en columna, y que el modo de contacto entre el gas – PSCLI influye de forma importante, llegando incluso a multiplicarla en algún caso por ocho. Asimismo se ha determinado que un incremento de temperatura disminuye la capacidad de captura de CO2, mientras que un aumento de presión la favorece de forma significativa. El comportamiento de los PSCLI bajo condiciones que simulan las reales en cuanto a concentración de CO2 se refiere, revela que el proceso de adsorción de CO2 tiene lugar predominantemente a través de quimisorción. Las curvas de ruptura indican que el proceso de captura de CO2 se produce, en general, a través de un proceso de adsorción real, es decir, de forma progresiva.

Palabra(s) clave (del autor): resinas poliméricas ; líquidos iónicos ; captura ; dióxido de carbono

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera