Síntesis de una membrana con líquido iónico de tercera generación, su evaluación en separación de CO2 y su captura en un cultivo hidropónico

Abstract

En la presente investigación se sintetizaron cuatro membranas soportadas con líquidos iónicos (SILM) para evaluarlas en la separación de CO2 de la mezcla CO2/N2. Dos de ellos funcionalizados con un grupo amina en la parte catiónica, triflato de 1-(2-aminoetil)-3-metilimidazolio ([AEMIm]Tf) y tetrafluoroborato de 1-(2-aminoetil)-3-metilimidazolio ([AEMIm]BF4), el tercero posee el grupo amino en la parte aniónica, antranilato de trioctilmetilamonio ([TOMA]An) y el cuarto, el oleato de trietilmetilamonio ([TOMA]Ol). La estructura química de los líquidos iónicos se determinó por las espectroscopias de Resonancia Magnética Nuclear (NMR) y de Infrarrojo por Transformada de Fourier (FTIR), las propiedades térmicas se estudiaron con Análisis Termogravimétrico (TGA) y la densidad se determinó con un picnómetro. El nivel de impregnación y la distribución de los líquidos iónicos en el soporte tubular de alúmina se obtuvieron mediante Microscopía Electrónica de Barrido acoplado con Espectroscopia de Dispersión de Rayos X (SEM-EDX). Las propiedades de transporte de los gases se evaluaron por el método de volumen variable utilizando gases puros, a 30 °C y a 1, 2 y 3 bar, y mezcla de los mismos con una relación volumétrica de 50/50. La SILM [TOMA]An presentó el mayor valor para la selectividad con 70, además con esta membrana se obtuvo el mejor balance de perúselectividad superando los límites en la gráfica de Robeson. Las SILM con grupos amino reaccionaron con el CO2 para obtener el grupo químico carbamato. Los estudios de estabilidad térmica e infrarrojo sugieren que este grupo es estable aún después de haber iniciado el proceso de descomposición del líquido iónico. Para dar un valor agregado al uso del CO2, se enriqueció un invernadero de cultivo de lechuga hidropónico con este gas y se observó un efecto de aceleración del crecimiento.

In the present research work, four membranes supported with ionic liquids (SILMs) were synthesized to be evaluated in the CO2 separation from the CO2/N2 mixture. As for the ionic liquids, two of them were functionalized with an amino group at the cationic part, 1-(2-aminoethyl)-3-methylimidazolium triflate ([AEMIm]Tf) and 1-(2-aminoethyl)-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([AEMIm]BF4), the third and fourth ionic liquids possessed the amino group at the anionic part, trioctylmethylammonium anthranilate ([TOMA]An) and triethylmethylammonium oleate ([TOMA]Ol). The chemical structure of the ionic liquids was confirmed by nuclear magnetic resonance (NMR) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopies; the thermal properties were studied by thermogravimetric analysis (TGA) and density was measured with a pycnometer. The impregnation degree and distribution of the ionic liquids in an alumina tubular support were established by means of scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). The transport properties of the gases were evaluated by the variable volume method using pure gases and their mixtures with a 50/50 volumetric ratio at 30 °C and 1, 2 and 3 bar. The SILM [TOMA]An showed the highest selectivity (70) and the best permselectivity balance, surpassing the limits in the Robeson plot. The SILMs with amino groups reacted with CO2 to obtain the carbamate chemical group. The thermal stability and infrared studies suggest that this group is stable even after the beginning of the decomposition process of the ionic liquid. In order to provide an added value to the use of CO2, a lettuce hydroponic greenhouse was enriched with this gas, observing an accelerated growing effect.