Polymers with Ionic Liquid Fragments as Potential Conducting Materials for Advanced Applications (original) (raw)
2012
APPENDIX 4. Adsorption of Cl-VOCs on SILP materials in fix bed reactor . . . . El apartado de resultados y discusión se ha organizado en forma de un compendio de contribuciones científicas publicadas en revistas internacionales como resultado del trabajo de investigación realizado durante el desarrollo de la presente Tesis Doctoral. Estos resultados se pueden clasificar en dos grandes bloques: el primero de ellos se centra en el tratamiento de LIs en fase acuosa y el segundo en la preparación, caracterización y aplicación de materiales avanzados basados en LIs sobre una matriz sólida, principalmente CAs. De este modo, el primer bloque de resultados consta de 3 publicaciones, en las que se propone una guía para la retención de LIs de corrientes acuosas, basada en la adsorción sobre CAs comerciales. El Artículo I presenta las isotermas de adsorción de 17 LIs sobre un CA comercial en fase acuosa. Se ha utilizado el método químico-cuántico COSMO-RS para describir las interacciones intermoleculares existentes en estos sistemas trifásicos (LI-agua-CA). También se muestra la caracterización de los sistemas mixtos (LI/CA). Por último, se propone la regeneración del CA, junto con la recuperación del LI, utilizando acetona como disolvente. El Artículo II extiende el espectro de LIs estudiados a un total de 27, así como el número de materiales adsorbentes, que incluye 12, con propiedades estructurales y químicas diversas. Esta variedad de LIs permite evaluar la influencia tanto del anión como del catión, así como del efecto de la porosidad y la naturaleza química del adsorbente en el proceso de adsorción. Además, gracias al estudio de las interacciones intermoleculares mediante COSMO-RS, se proponen funcionalizaciones optimizadas del CA que favorecen la adsorción de los LIs hidrofílicos, a priori refractarios a la adsorción sobre los CAs comerciales ensayados. El Artículo III describe un estudio cinético de la adsorción de un LI de referencia bajo diferentes condiciones de operación, como temperatura, tamaño de partícula, agitación y concentración inicial de LI, así como el tipo de CA utilizado. El estudio cinético permite establecer los mecanismos que determinan el proceso de adsorción y evaluar cómo afectan las condiciones de operación a las etapas controlantes. La evaluación conjunta de las 3 contribuciones sirve de guía para definir las características del material adsorbente y las condiciones de operación que favorecen la adsorción tanto en términos termodinámicos como cinéticos. ENIL systems open up new application fields which may include separation processes, catalytic or electrochemical. As a further contribution of this Doctoral Thesis a systematic characterization of these novel materials based on IL and AC was proposed (both SILP as ENIL). In this sense, it was established that elemental analysis (EA) allows to immediately and accurately quantify the incorporation of imidazolium-based IL on the support, a technique that has been usefully proved in a wide variety of solids. Meanwhile, the nitrogen adsorption/desorption and mercury porosimetry to assess the distribution of IL in the porous structure on the support, having observed a hierarchical IL incorporation on the solid. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission (TEM) enable to observe the placing of IL on the solid matrix, and also to assess the morphology of these materials, showing that the outer surface is covered by high amounts of IL. Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) detects certain elements present in advanced material, such as P, F or B. Thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) assess the thermal stability of these materials mixed, concluding that its stability and the IL decomposition mechanism are influenced by the chemistry surface of the solid support. Another objective of this work is the use of molecular simulation tools to support the experimental research lines, which are of particular interest in the field of ILs, due to the large number of possible ion combinations. Molecular simulation refers to a set of useful computational methods which describe the matter behavior from information from its molecules. Among the available models, the COSMO-RS method has great potential for application to the development of new processes based on ILs. COSMO-RS predict thermodynamic properties from quantum-chemical calculations based on simple molecular models without previous experimental data. Its implementation has yielded valuable information regarding different parts of this Doctoral Thesis, as predicting properties of ILs (density, viscosity, molecular volume) and their mixtures (G-L equilibrium data, L-L, L-S and G-S) for validation and experimental justifications for their behavior. On the other hand, allows the design of IL or AC with suitable properties for the retention of gaseous pollutants, by calculating the equilibrium constants, key information for G-L separation operations or G-S (Henry's constant and partition coefficients). This simulation provides an efficient procedure for selecting the anion-cation ion pair for optimal properties of IL, thus avoiding lengthy and expensive experimental studies and to evaluate the effect of the surface oxygen groups in ACs SUMMARY XXII for a suitable functionalization of face for further application as adsorbent materials. Moreover, the intermolecular interactions understanding based on excess enthalpies of binary mixtures including IL is show as useful for the design of systems in order to gaseous ammonia separation based on ILs or adsorption of ILs from aqueous phase using AC with different chemical nature.