Estudos de adsorção de CO2 na estrutura metalorgânica Cu-BTC impregnada com líquidos iônicos por técnicas experimentais e de simulação molecular

A separação de CO2 a partir de misturas gasosas industriais consiste em um importante tema tanto do ponto de vista científico quanto ambiental. O interesse suscitado pelo tema está diretamente relacionado à problemática da presença do dióxido de carbono tanto nos gases de combustão (flue gas) quanto no gás natural (GN) e biogás. A absorção usando aminas é uma tecnologia madura que tem sido utilizado na indústria do gás natural para remoção de CO2. No entanto, apresenta algumas desvantagens, tais como corrosão dos equipamentos e alto consumo de energia para regenerar o absorvente. Líquidos iônicos (LIs) têm sido propostos como uma alternativa aos solventes orgânicos, devido à baixa volatilidade e elevada solubilidade do CO2. Contudo, o seu elevado custo limita sua aplicação em processos de separação industriais por absorção. Neste contexto, a impregnação de pequenas quantidades de LIs em suportes porosos têm sido recentemente reportada para própositos de captura de CO2. Estruturas metalorgânicas têm sido apontadas como um adsorvente adequado devido a sua elevada capacidade de adsorção de CO2 e à possibilidade de acomodar moléculas que lhes confiram novas funcionalidades. Neste trabalho, investigamos a adsorção de CO2 na estrutura metalorgânica Cu-BTC impregnada com líquidos iônicos por técnicas experimentais e de simulação molecular. Os líquidos iônicos utilizados para impregnação foram o hexafluorofosfato de 1-butil-3- metilimidazólio (BMIM-PF6) e o bis(trifluorometilsulfonil)-imida de 1-butil-3-metilimidazólio (BMIM-Tf2N). No âmbito experimental, amostras comerciais de Cu-BTC foram impregnadas com LIs em diversas concentrações em peso (1, 5 e 10 wt%). Os materiais impregnados foram caracterizados por diversas técnicas de caracterização e avaliados em relação a adsorção de CO2. Os resultados mostraram que a impregnação de LIs em Cu-BTC reduz a capacidade de adsorção de CO2, contrariamente ao que foi predito por simulação molecular em trabalhos prévios. No contexto da simulação molecular, foram realizadas simulações de impregnação para gerar estruturas impregnadas com diferentes quantidades de LI. Simulações de adsorção de CO2, CH4 e N2 nas estruturas geradas foram realizadas utilizando o ensemble Grande Canônico (μVT) para avaliar a presença de LI na estrutura da Cu-BTC. Observou-se que a presença de LI em várias concentrações aumentou a capacidade adsortiva de CO2 a baixas pressões (até ~ 3 bar), enquanto a adsorção dos outros gases não foi significativamente alterada. Contudo, a baixas concentrações impregnada (5 %wt), a adsorção de CO2 não foi sensível à presença do LI. Por outro lado, quando foi aumentada a quantidade de LI impregnada em nossos experimentos, houve uma rápida degradação das propriedades texturais do material, conforme observado para amostra impregnada com 10 wt% de BMIM-PF6. Assim, aparentemente, os poros da Cu-BTC são pequenos para incorporar líquidos iônicos nas concentrações que teoricamente levariam a maiores quantidades adsorvidas de CO2.