Propriedades termofísicas de soluções aquosas de líquidos iônicos : elevação do ponto de ebulição, viscosidade e densidade

Abstract

Resumo: O despertar nos últimos anos da preocupação ambiental provocou a busca por uma nova classe de solventes, menos tóxicos e de baixo impacto ambiental. Dentre os inúmeros solventes alternativos explorados, os líquidos iônicos apresentam um futuro promissor para a indústria química, por possuírem propriedades bastante atrativas, tais como baixa pressão de vapor, estabilidade térmica e química, baixa ou nenhuma inflamabilidade e a possibilidade de serem reciclados e reutilizados. O objetivo deste trabalho é a determinação experimental da viscosidade, densidade e elevação do ponto de ebulição (EPE) de soluções aquosas de LI derivados da base catiônica Dietanolamina (DEA), nas bases aniônicas os ácidos acético, propanóico, butanóico e pentanóico. Os dados da EPE aliado a outras propriedades termofísicas é fundamental para projeto de evaporadores visando a reciclagem dos LI. Para avaliação do comportamento reológico dos líquidos iônicos puros e suas soluções aquosas foi utilizado um viscosímetro de cilindros concêntricos, na faixa de temperatura de 293,15-323,15 K e frações mássicas de LI de 0,25-1. Para validação do procedimento foi utilizado o glicerol. As análises de densidade foram realizadas em um densímetro digital adequado para medidas de densidade de líquidos, na faixa de temperatura de 293,15-323,15 K e frações mássicas de LI de 0,25-1. O procedimento de medição da densidade foi validado com água pura em diferentes temperaturas e com uma mistura de etanol + glicerol em diferentes concentrações. Os ensaios para estimativa das temperaturas de ebulição foram realizadas em uma unidade experimental composta de um recipiente esférico de vidro, para a alimentação da solução, uma manta de aquecimento e um condensador. O sistema foi conectado a uma bomba de vácuo e operado com pressões inferiores a pressão atmosférica. A metodologia de levantamento dos dados experimentais foi validada através de ensaios de determinação da temperatura de ebulição da água pura em diferentes pressões e de uma solução de etanol e glicerol com diferentes concentrações. Os ensaios de determinação da elevação do ponto de ebulição foram realizados nas pressões de 80-900 mBar e frações mássicas de LI no intervalo de 0,40-0,95. Observou-se um aumento da temperatura de ebulição da solução para maiores frações mássicas do soluto. Os resultados obtidos foram utilizados para ajustar parâmetros de modelos matemáticos para o comportamento da viscosidade, densidade e ponto de ebulição. Palavras-chave: Líquido iônico, água, viscosidade, densidade e elevação do ponto de ebulição.

Abstract: The recent years environmental concerns led to the search for a new class of solvents, less toxic and with low environmental impact. Among the various alternatives solvents explored, ionic liquids (IL) have a promising future for the chemical industry, because they have very attractive properties such as low vapor pressure, thermal and chemical stability, low or no flammability and possibility of being recycled and reused. The objective of this work is the experimental and theoretical determination of the viscosity, density and boiling point elevation (BPE) of mixtures of water and ILs derived from diethanolamine (base) and acetic, propanoic, butanoic and pentanoic acids. The BPE data combined with other thermo-physical properties are essential for processes involving evaporators targeting the recycling of IL. To evaluate the rheological behavior of pure ionic liquids and their aqueous solutions was used concentric cylinder viscometer, in the temperature range of 293.15-323.15 K and mass fractions 0.25-1. To validate the procedure was used glycerol. Density analyzes were carried out in an appropriate digital hydrometer for liquid density measurements in the temperature range of 293.15-323.15 K and mass fractions of IL 0.25-1. The density measurement procedure has been validated with pure water at different temperatures and with a mixture of ethanol and glycerol in different concentrations. Boiling points determination were performed on an experimental unit consisted of a spherical glass container for feeding the solution, a heating mantle and a condenser. The system was connected to a vacuum pump for obtaining data below the atmospheric pressure. The survey data methodology was validated by means of experimental tests to determine the boiling point of pure water at different pressures and a solution of ethanol and glycerol with different concentrations. Assays for determining the aqueous solutions boiling point elevation will be performed in 80 - 900 mBar and 0,40-0,95 (w/w) mass fraction of IL in water. There was an increase in the boiling temperature of the solution to larger mass fraction of the solute. The results were used to adjust parameters of mathematical models for the behavior of viscosity, density and boiling point. Keywords: Ionic liquid, water, viscosity, density, boiling point elevation.