Dinâmica molecular de líquidos iônicos absorvedores de dióxido de

Sociedade Brasileira de Química (SBQ)
Dinâmica molecular de líquidos iônicos absorvedores de dióxido de
carbono
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Juliana Dariva Morganti (IC), Haissa Ramos (IC), Rômulo A. Ando (PQ), Mauro C. C. Ribeiro (PQ),
1,*
Leonardo J. A. Siqueira (PQ) [email protected]
1 Laboratório de Materiais Híbridos, Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, Universidade Federal
de São Paulo. 2 Laboratório de Espectroscopia Molecular, IQ-USP.
Palavras Chave: Líquidos iônicos, dióxido de carbono, dinâmica molecular
Introdução
A sociedade atual tem como fonte principal de
energia a queima de combustíveis fósseis,
considerada suja ambientalmente devido a liberação
de dióxido de carbono. Os líquidos iônicos (LI), sais
fundidos a temperaturas próximas à temperatura
ambiente, têm sido investigados como alternativa
para absorção de CO2 e encaixam no conceito atual
1
de 'química verde' e sustentabilidade. Este trabalho
tem como objetivo o estudo de LI contendo cátions
com cadeia CH2CH2O variáveis como absorvedores
de CO2. Estudo comparativo entre LI com cátions
contendo somente cadeias alquílicas também foi
realizado. A razão de se considerar cátions
contendo átomos de oxigênio é que estes podem
atuar como bases de Lewis, favorecendo a
absorção de CO2.
podem ser encontradas por toda a caixa, conforme
mostra a Fig. 1. No perfil de densidade de CO2 nos
líquidos formados pelos cátions C4 e C3O1, Fig. 1,
observa-se que em tempos curtos, 0 a 20 ns, mais
CO2 penetrou no líquido C3O1, região de 40 a 120 Å
(abssissa), que pode ser devido à interação ácidobase de Lewis entre os átomos de oxigênio da
cadeia e o átomo de carbono do CO2. Após 50 ns, a
densidade de CO2 fora e dentro da fase líquida são
muito semelhantes, indicando que a solubilidade de
CO2 nos dois LI são parecidas. O aumento da
cadeia de éter provoca o aumento da concentração
de CO2 na interface com o LI em relação ao C3O1
devido também à maior interação entre os átomos
de oxigênio da cadeia com o átomo de carbono do
CO2 ou pela maior viscosidade nestes LI.
Resultados e Discussão
As simulações foram realizadas utilizando-se o
programa
GROMACS.
Campos
de
forças
previamente utilizados em simulações de nosso
2,3
4
grupo
e de líquidos iônicos com CO2 foram
considerados. Em todas as simulações, utilizamos
400 pares iônicos, dispostos em caixa tetragonal, de
forma que duas faces dos líquidos iônicos ficassem
expostas à fase de CO2, conforme descrito
4
anteriormente. Estudamos os LI formados pelo
ânion bis(trifluorometanosulfonil)imideto e cátions
trimetil-butilamônio (C4) ou análogos do cátion
trimetil-metoxietilamônio (C3O1), que contém uma
unidade CH2CH2O. C5O2 e C7O3 referem-se aos
cátions que contem duas e três unidades CH2CH2O.
Realizamos as simulações a 350 K, com Δt = 2 fs
por pelo menos 100 ns.
Simulações anteriores mostraram que a estrutura
do liquido iônico não se altera com a adição de
4
CO2, fato que também observamos. Assim como
4
encontrado por Maginn, as cadeias apolares do
cátions e a região hidrofóbica dos ânions NTf2, isto
é, CF3, ficam direcionados para a fase gás e
perpendiculares à superfície do líquido. Densidade
numérica calculadas para o gás ao longo do eixo Z
mostram que na interface líquido-gás ocorre
elevada aglomeração CO2. Apesar disso, em
tempos longos de simulação, moléculas de CO2
a
36 Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química
Figura 1. Perfis de densidade numérica de CO2 ao
longo do eixo Z calculados a partir das simulações
MD a 350 K.
Conclusões
LI com cadeia CH2CH2O aumentam a velocidade
de absorção do CO2, comparado com LI tetraalquil.
O aumento da cadeia de éter diminui a velocidade
de absorção de CO2, mas não afeta drasticamente a
solubilidade de CO2 neste LI.
Agradecimentos
FAPESP e CNPq
____________________
1
Brennecke, J. C.; Gurkan, B. E. Journal of Physical Chemistry Letters
2010, 1, 3459.2 Siqueira, L. J. A. e Ribeiro, M. C. C. Journal of
Chemical Physics, 2011, 135, 204506.3 Figueiredo, P. H., Ribeiro, M. C.
C. e Siqueira, L. J. A. Journal of Physical Chemistry B 2012, 116,
12319. 4 Perez-Blanco, M. E. e Maginn, E. J. Journal of Physical
Chemistry B 2010, 114, 11827.