Ionic Liquid-Modified Porous Materials for Gas Separation and Heterogeneous Catalysis

2012 ◽  
Vol 116 (31) ◽  
pp. 16398-16411 ◽  
Author(s):  
Anna V. Perdikaki ◽  
Olga C. Vangeli ◽  
Georgios N. Karanikolos ◽  
Konstantinos L. Stefanopoulos ◽  
Konstantinos G. Beltsios ◽  
...  
Keyword(s):  
Ionic Liquid ◽  
Heterogeneous Catalysis ◽  
Porous Materials ◽  
Gas Separation

scholarly journals Ionic liquid modified porous materials and membranes for gas separation applications

2013 ◽  
Author(s):  
Όλγα Βαγγέλη
Keyword(s):  
Ionic Liquid ◽  
Liquid Phase ◽  
Porous Materials ◽  
Gas Separation ◽  
Pressure Swing Adsorption ◽  
Supported Ionic Liquid ◽  
Pressure Swing ◽  
Mcm 41

Υβριδικά υλικά ιοντικών υγρών/πορωδών υλικών [Supported ionic liquid phase (SILP)systems] έχουν τραβήξει το ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια για δύο κυρίως λόγους: Α) την μεγάλη ποσότητα των ιοντικών υγρών που απαιτούνται για καταλυτικές διεργασίες καθώς και για διεργασίες διαχωρισμού σε συνδυασμό με το υψηλό κόστος των ιοντικών υγρών. Β) το μεγάλο ιξώδες που παρουσιάζουν τα ιοντικά υγρά δημιουργώντας προβλήματα μεταφοράς μάζας κυρίως σε διεργασίες με μεγάλη ταχύτητα αντίδρασης.Τα υβριδικά αυτά συστήματα αναφέρονται στην βιβλιογραφία ως καταλύτες ή ροφητές υποστηριγμένου ιοντικού υγρού (Supported Ionic Liquid Catalysts and Systems-SILC andSILP) και ως μεμβράνες υποστηριγμένου ιοντικού υγρού (Supported Ionic Liquid MembranesSILM). O συνήθης τρόπος για την ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων είναι ο φυσικός εμποτισμός του πορώδους ή μη πορώδους μέσου με την χρήση ενός διαλύματος του ιοντικού υγρού. Μετά την απομάκρυνση του διαλύτη το ιοντικό υγρό είτε παγιδεύεται στους πόρους είτε καλύπτει πλήρως την εξωτερική επιφάνεια μη πορωδών μέσων. Παρόλο που η διαδικασία αυτή έχει οδηγήσει σε υλικά με σημαντική απόδοση στον διαχωρισμό αερίων η εφαρμογή τους γίνεται εφικτή μόνο υπο συνθήκες, δηλαδή, χαμηλές διαφορές πίεσης και όχι υψηλές θερμοκρασίες.Και οι δύο αυτές προϋποθέσεις αντιβαίνουν στην συνήθη πρακτική εφαρμογής τεχνολογιών διαχωρισμού αερίων όπως οι τεχνολογίες μεμβρανών και η τεχνολογία ρόφησης μέσω ταλάντωσης πίεσης (pressure Swing Adsorption). Για το λόγο αυτό η έρευνα που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της παρούσης διατριβής εστίασε κυρίως στον προσδιορισμό συνθετικών μονοπατιών για την σταθεροποίηση των ιοντικών υγρών υγρού και της επιφάνειας του πόρου.Έτσι εξετάστηκε συστηματικά η περίπτωση χημικής πρόσδεσης του ιοντικού υγρού στους πόρους υλικών πυριτίας με την χρήση μιας λειτουργικής ομάδας αλκοξυσιλανίου. Αρχικά ερευνήθηκε η επίδραση παραμέτρων όπως η δραστικότητα της πορώδους επιφάνειας, η πολικότητα και περιεχόμενη υγρασία των διαλυτών σιλανοποίησης και η πολυπλοκότητα του πορώδους δικτύου στην απόδοση στην πορώδη δομή μέσω σχηματισμού ομοιοπολικούδεσμού μεταξύ του ιοντικού εναπόθεσης. Για την προκαταρκτική αυτή έρευνα χρησιμοποιήθηκε ένα σχετικά φτηνό υλικό όπως το πορώδες γυαλί τύπου Vycor. Στην συνέχεια για να αναπτυχθούν τα υλικά υψηλής απόδοσης σε διαχωρισμό αερίων και πιο συγκεκριμένα CO2/CO, χρησιμοποιήθηκαν πιο προηγμένα πορώδη υποστρώματα όπως οι οργανωμένες μεσοπορώδεις πυριτίες τύπου MCM-41 και SBA-15.Πιο συγκεκριμένα υβριδικά υλικά ιοντικών υγρών με Vycor® παρασκευάστηκαν με ομοιοπολική σύνδεση του 3-χλωροπροπυλοτριαλκοξυσιλανίου με τις υδροξυλομάδες της επιφάνειας του Vycor®. Το ποσοστό της σιλανοποίησης υπολογίστηκε με τη μέθοδο ρόφησης-εκρόφησης υδρατμών και έδωσε μέγιστη τιμή για τα δείγματα που παρασκευάστηκαν σε χλωροφόρμιο. Δείγματα που είχαν προεργαστεί στους 430K υπό υψηλό κενό έδωσαν μονοστοιβαδική επίστρωση του σιλανίου αποφεύγοντας τον πολυμερισμό και δίνοντας ποσοστό επικάλυψης σε χλωροφόρμιο μέχρι 96%. Επιπλέον παρασκευάστηκαν υβριδικά υλικά ιοντικού υγρού με υπόστρωμα οργανωμένης μεσοπορώδους πυριτίας τύπου MCM-41και SBA-15. Εφαρμόστηκε η μέθοδος «εναπόθεσης σε» (σταδιακή σύνθεση πάνω στο υπόστρωμα). 3-χλωροπροπυλοτριαλκοξυσιλάνιο συνδέθηκε ομοιοπολικά με τα υδροξύλιατης επιφάνειας του υποστρώματος και στην συνέχεια αντέδρασε με 1-μεθυλοιμιδαζόλιοακολουθούμενο από ιονοανταλλαγή με PF6-. Οι βέλτιστες συνθήκες όσον αφορά την επεξεργασία της επιφάνειας του υποστρώματος καθώς και τις συνθήκες αντίδρασης για την ομοιοπολική σύνδεση του ιοντικού υγρού προσδιορίστηκαν με μεθοδολογία αντίστοιχη με αυτή που εφαρμόστηκε στην πορώδη ύαλο. Επίσης έγινε μελέτη της επίδρασης των χαρακτηριστικών της πορώδους δομής στη φυσική κατάσταση του ομοιοπολικά συνδεδεμένου ιοντικού υγρού. Η κρυσταλλική κατάσταση του ιοντικού υγρού [spmim][PF6-] όταν βρίσκεται μέσα στην πορώδη δομή μελετήθηκε με θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης και ΧRD.CO2 και CO μετρήσεις ρόφησης του ιοντικού υγρού [bmim][PF6-] και του αλκοξυσίλυλοιοντικού υγρού αρχικά πραγματοποιήθηκαν σε διάφορες θερμοκρασίες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ανοδική τάση του ιοντικού υγρού να προσροφά CO2 στους 273 Κ. Η ανάλυση θερμιδομετρίας διαφορικής σάρωσης (DSC) των υβριδικών υλικών έδειξε μετάβαση του σημείου τήξης του ομοιοπολικά συνδεδεμένου αλκοξυσίλυλο ιοντικού υγρού σε υψηλότερες θερμοκρασίες όταν το μέγεθος πόρων του υποστρώματος ήταν μικρότερο των 4nm. Τα 2.3nm-MCM-41 υβριδικά υλικά παρουσίασαν άπειρη διαχωριστική ικανότητα CO2/CO σεθερμοκρασίες κάτω και πάνω από το σημείο τήξης του ομοιοπολικά συνδεδεμένου ιοντικού υγρού, προσροφώντας σημαντικές ποσότητες CO2 κατά αντιστρεπτό τρόπο. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν τα υλικά που παρασκευάστηκαν ιδανικά για τεχνικές προσρόφησης υπό πίεση. Ομοιοπολική σύνδεση ενός ιοντικού υγρού βασιζόμενου σε μεθυλοιμιδαζολικό κατιόν,πραγματοποιήθηκε στους πόρους μεμβράνης νανοδιήθησης με τη μέθοδο εμποτισμού/αντίδρασης σε ατμόσφαιρα αζώτου και υπό υψηλή πίεση. Παράλληλα με την ομοιοπολική σύνδεση επιδιώχθηκε και το πλήρες κλείσιμο των πόρων από το ιοντικό υγρό ώστε η υβριδική μεμβράνη να αποκτήσει πλήρως τις ιδιότητες διαλυτότητας/διάχυσης αερίου του καθαρού ιοντικού υγρού. Η διαχωριστική ικανότητα σεCO2/CO της υβριδικής μεμβράνης ήταν αρκετά σημαντική. Η μέγιστη απόδοση διαχωρισμούCO2/CO που επιτεύχθηκε ήταν 11 στους 30οC, 25 στους 50οC, 12 στους 100οC και 5 στους 230οC. Οι αντίστοιχες διαπερατότητες ήταν 226, 520, 715 και 2000 Barrer. Η σταθερότητα της υβριδικής μεμβράνης διαπιστώθηκε με τρεις διαδοχικούς κύκλους θέρμανσης/ψύξης σε εύρος θερμοκρασιών από 25 μέχρι 250οC και διαφορική πίεση μέχρι 0.5 MPa.

scholarly journals Integration of Stable Ionic Liquid-Based Nanofluids into Polymer Membranes. Part II: Gas Separation Properties toward Fluorinated Greenhouse Gases

Nanomaterials ◽  
2021 ◽  
Vol 11 (3) ◽  
pp. 582
Author(s):  
Fernando Pardo ◽  
Sergio V. Gutiérrez-Hernández ◽  
Carolina Hermida-Merino ◽  
João M. M. Araújo ◽  
Manuel M. Piñeiro ◽  
...  
Keyword(s):  
Ionic Liquid ◽  
Gas Separation ◽  
Value Added ◽  
Gas Permeation ◽  
Mixed Matrix Membranes ◽  
Separation Performance ◽  
Mixed Gas ◽  
Neat Polymer ◽  
Stable Suspension ◽  
Base Polymer

Membrane technology can play a very influential role in the separation of the constituents of HFC refrigerant gas mixtures, which usually exhibit azeotropic or near-azeotropic behavior, with the goal of promoting the reuse of value-added compounds in the manufacture of new low-global warming potential (GWP) refrigerant mixtures that abide by the current F-gases regulations. In this context, the selective recovery of difluorometane (R32, GWP = 677) from the commercial blend R410A (GWP = 1924), an equimass mixture of R32 and pentafluoroethane (R125, GWP = 3170), is sought. To that end, this work explores for the first time the separation performance of novel mixed-matrix membranes (MMMs) functionalized with ioNanofluids (IoNFs) consisting in a stable suspension of exfoliated graphene nanoplatelets (xGnP) into a fluorinated ionic liquid (FIL), 1-ethyl-3-methylpyridinium perfluorobutanesulfonate ([C2C1py][C4F9SO3]). The results show that the presence of IoNF in the MMMs significantly enhances gas permeation, yet at the expense of slightly decreasing the selectivity of the base polymer. The best results were obtained with the MMM containing 40 wt% IoNF, which led to an improved permeability of the gas of interest (PR32 = 496 barrer) with respect to that of the neat polymer (PR32 = 279 barrer) with a mixed-gas separation factor of 3.0 at the highest feed R410A pressure tested. Overall, the newly fabricated IoNF-MMMs allowed the separation of the near-azeotropic R410A mixture to recover the low-GWP R32 gas, which is of great interest for the circular economy of the refrigeration sector.

scholarly journals On the use of the IAST method for gas separation studies in porous materials with gate-opening behavior

Adsorption ◽  
2018 ◽  
Vol 24 (3) ◽  
pp. 233-241 ◽  
Author(s):  
Guillaume Fraux ◽  
Anne Boutin ◽  
Alain H. Fuchs ◽  
François-Xavier Coudert
Keyword(s):  
Porous Materials ◽  
Gas Separation ◽  
Gate Opening

scholarly journals Humidity-responsive molecular gate-opening mechanism for gas separation in ultraselective nanocellulose/IL hybrid membranes

2020 ◽  
Vol 22 (11) ◽  
pp. 3546-3557 ◽  
Author(s):  
Saravanan Janakiram ◽  
Luca Ansaloni ◽  
Soo-Ah Jin ◽  
Xinyi Yu ◽  
Zhongde Dai ◽  
...  
Keyword(s):  
Ionic Liquid ◽  
Gas Separation ◽  
Hybrid Membranes ◽  
Gate Opening

A class of “green” hybrid membranes composed of nanocellulose and an ionic liquid exhibits exceptional separation properties arising from a humidity-responsive size-exclusive “gate” that allows selective CO2 permeation.

scholarly journals Polysulfone-POSS membrane impregnated with ionic liquid for CO2 gas separation

2019 ◽  
Author(s):  
Nor Naimah Rosyadah Ahmad ◽  
Nur Izzati Fitri Zaquan Tan ◽  
Choe Peng Leo ◽  
Abdul Latif Ahmad
Keyword(s):  
Ionic Liquid ◽  
Gas Separation ◽  
Co2 Gas

Tuning the Gas Separation Performance of CuBTC by Ionic Liquid Incorporation

Langmuir ◽  
2016 ◽  
Vol 32 (4) ◽  
pp. 1139-1147 ◽  
Author(s):  
Kutay B. Sezginel ◽  
Seda Keskin ◽  
Alper Uzun
Keyword(s):  
Ionic Liquid ◽  
Gas Separation ◽  
Separation Performance ◽  
Gas Separation Performance

New high permeable polysulfone/ionic liquid membrane for gas separation

2020 ◽  
Vol 28 (9) ◽  
pp. 2301-2311 ◽  
Author(s):  
Mohadeseh Farrokhara ◽  
Fatereh Dorosti
Keyword(s):  
Ionic Liquid ◽  
Gas Separation ◽  
Liquid Membrane
Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document