Loading...
Publication
Parâmetros de solubilidade de Hansen de líquidos iónicos a partir de dados de cromatografia gasosa inversa
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 3.94 MB | Adobe PDF |
Abstract(s)
O uso extensivo de solventes convencionais em diversas aplicações industriais e académicas tem causado impactos ambientais significativos, principalmente devido à sua alta volatilidade e dificuldade de controlar a sua evaporação e liberação para o meio ambiente. Como alternativa, os líquidos iónicos (LIs) têm sido explorados por propriedades como baixa volatilidade. No entanto, a ampla variedade de combinações possíveis entre catiões e aniões resulta num elevado número de possibilidades, tornando a seleção de um LI adequado muito complexa e intensa a nível experimental. Uma forma de superar esse desafio é utilizar modelos teóricos de caracterização, como os bem conhecidos parâmetros de solubilidade de Hansen (PSH) que fornecem uma abordagem quantitativa para prever a compatibilidade entre solventes e solutos. No entanto, a determinação dos PSH para LIs é ainda muito desafiadora devido ao limitado número de dados experimentais. Com base nisso, este trabalho tem como objetivo avaliar a possibilidade de estimar os PSH de quatro LIs à base de imidazólio e com o anião cloreto: [C4mim]Cl, [C6mim]Cl, [C8mim]Cl e [C12mim]Cl, usando 1.437 dados experimentais decoeficientes de atividade a diluição infinita (𝛾13 ∞ ), obtidos por cromatografia gasosa inversa (CGI). A estimativa combinou o programa Hansen Solubility Parameters in Practice (HSPiP) com o Microsoft Excel, classificando a solubilidade numa escala de afinidade de 0 a 5, adotando o método percentil, que é considerada mais eficiente do que a escala de afinidade binária. A metodologia aplicada revelou uma grande dependência dos valores dos PSH com o conjunto de solutos utilizados na sua estimativa, mostrando assim a necessidade de ter uma grande variedade de famílias químicas de solutos para obter resultados mais consistentes. Além disso, o procedimento não permitiu correlacionar os PSH com o tamanho da cadeia alquílica do catião. Os PSH estimados pelo algoritmo genético e clássico de Hansen, apresentaram boa concordância, confirmando a consistência dos parâmetros: [C4mim]Cl (δD = 15,5; δP = 4,4; δH = 9,6 MPa⁰·⁵), [C6mim]Cl (δD = 14,8; δP = 6,0; δH = 10,6 MPa⁰·⁵), [C8mim]Cl (δD = 15,5; δP = 6,6; δH = 10,4 MPa⁰·⁵) e [C12mim]Cl (δD = 15,5; δP = 6,6; δH = 10,4 MPa⁰·⁵). Este estudo comprova a aplicabilidade da metodologia para estimar os PSH de LIs, gerando um conjunto de valores que contribuem para sua caracterização. Esta abordagem pode ser aplicada a outros LIs, contribuindo para a seleção racional de solventes mais sustentáveis.
The extensive use of conventional solvents in various industrial and academic applications has led to significant environmental impacts, primarily due to their high volatility and difficulty in controlling their evaporation and release into the environment. As an alternative, ionic liquids (ILs) have been explored for properties such as low volatility. However, the vast range of possible cation–anion combinations results in an immense design space, making the selection of a suitable IL both complex and experimentally intensive. An effective way to address this challenge is to employ theoretical characterization models, such as the well-known Hansen solubility parameters (HSP), which provide a quantitative framework to predict solvent–solute compatibility. Nevertheless, determining HSP for ILs remains highly challenging due to the limited availability of experimental data. Based on this context, this report aims to evaluate the feasibility of estimating the HSP of four imidazolium-based ILs with chloride anion: [C4mim]Cl, [C6mim]Cl, [C8mim]Cl and [C12mim]Cl, using 1.437 experimental infinite dilution activity coefficient (𝛾13 ∞ ) data obtained via inverse gas chromatography (IGC). The estimation combined the Hansen Solubility Parameters in Practice (HSPiP) software with Microsoft Excel, classifying solubility on an affinity scale ranging from 0 to 5, adopting the percentile method, which is considered more effective than the binary affinity scale. The applied methodology revealed a strong dependence of the HSP values on the set of solutes used for the estimation, highlighting the need for a broad variety of chemical solute families to achieve consistent results. Furthermore, the procedure did not allow a clear correlation between the HSP and the cation alkyl chain length. The HSP estimated by both the genetic algorithm and the classical Hansen method showed good agreement, confirming the consistency of the parameters: [C4mim]Cl (δD = 15,5; δP = 4,4; δH = 9,6 MPa⁰·⁵), [C6mim]Cl (δD = 14,8; δP = 6,0; δH = 10,6 MPa⁰·⁵), [C8mim]Cl (δD = 15,5; δP = 6,6; δH = 10,4 MPa⁰·⁵) and [C12mim]Cl (δD = 15,5; δP = 6,6; δH = 10,4 MPa⁰·⁵). This study demonstrated the applicability of the proposedmethodology for estimating the HSP of ILs, generating a set of values that contribute to their characterization. The approach may be extended to other ILs, providing a useful tool for the rational selection of more sustainable solvents.
The extensive use of conventional solvents in various industrial and academic applications has led to significant environmental impacts, primarily due to their high volatility and difficulty in controlling their evaporation and release into the environment. As an alternative, ionic liquids (ILs) have been explored for properties such as low volatility. However, the vast range of possible cation–anion combinations results in an immense design space, making the selection of a suitable IL both complex and experimentally intensive. An effective way to address this challenge is to employ theoretical characterization models, such as the well-known Hansen solubility parameters (HSP), which provide a quantitative framework to predict solvent–solute compatibility. Nevertheless, determining HSP for ILs remains highly challenging due to the limited availability of experimental data. Based on this context, this report aims to evaluate the feasibility of estimating the HSP of four imidazolium-based ILs with chloride anion: [C4mim]Cl, [C6mim]Cl, [C8mim]Cl and [C12mim]Cl, using 1.437 experimental infinite dilution activity coefficient (𝛾13 ∞ ) data obtained via inverse gas chromatography (IGC). The estimation combined the Hansen Solubility Parameters in Practice (HSPiP) software with Microsoft Excel, classifying solubility on an affinity scale ranging from 0 to 5, adopting the percentile method, which is considered more effective than the binary affinity scale. The applied methodology revealed a strong dependence of the HSP values on the set of solutes used for the estimation, highlighting the need for a broad variety of chemical solute families to achieve consistent results. Furthermore, the procedure did not allow a clear correlation between the HSP and the cation alkyl chain length. The HSP estimated by both the genetic algorithm and the classical Hansen method showed good agreement, confirming the consistency of the parameters: [C4mim]Cl (δD = 15,5; δP = 4,4; δH = 9,6 MPa⁰·⁵), [C6mim]Cl (δD = 14,8; δP = 6,0; δH = 10,6 MPa⁰·⁵), [C8mim]Cl (δD = 15,5; δP = 6,6; δH = 10,4 MPa⁰·⁵) and [C12mim]Cl (δD = 15,5; δP = 6,6; δH = 10,4 MPa⁰·⁵). This study demonstrated the applicability of the proposedmethodology for estimating the HSP of ILs, generating a set of values that contribute to their characterization. The approach may be extended to other ILs, providing a useful tool for the rational selection of more sustainable solvents.
Description
Mestrado de dupla diplomação com a Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Keywords
Coeficientes de atividade a diluição infinita Cromatografica gasosa inversa Líquidos iónicos Parâmetros de solubilidade de Hansen Química verde Sustentabilidade