Новости

May 24, 2023

Новые модели на основе молекулярной структуры для оценки растворимости CO2 в различных хлоридах холина

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8495 (2023) Цитировать эту статью

311 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании растворимость CO2 в различных глубоких эвтектических растворителях (DES) на основе холинхлорида была исследована с использованием количественной зависимости структура-свойство (QSPR). В связи с этим изучено влияние разной структуры донора водородной связи (ГБД) в глубоких эвтектических растворителях (ДЭС) на основе холинхлорида (ХХЛ) при различных температурах и различных мольных соотношениях ХС1 как акцептора водородной связи (ГБА) к ХБД. Для разработки модели из литературы было выбрано 12 различных наборов данных с 390 данными о растворимости CO2. Восемь прогнозных моделей, содержащих давление и один структурный дескриптор, были разработаны при фиксированной температуре (т.е. 293, 303, 313 или 323 К) и постоянном молярном отношении ChCl к ГБД, равном 1:3 или 1: 4. Кроме того, были также представлены две модели, учитывающие влияние давления, температуры и структуры ГБД одновременно в мольных соотношениях, равных 1:3 или 1:4. Два дополнительных набора данных использовались только для дальнейшей внешней проверки этих двух моделей при новых температурах, давлениях и структурах ГБД. Было установлено, что растворимость CO2 зависит от дескриптора HBD «EEig02d». «EEig02d» — это молекулярный дескриптор, полученный из матрицы смежности ребер молекулы, взвешенной дипольными моментами. Этот дескриптор также связан с молярным объемом структуры. Статистическая оценка предложенных моделей для наборов данных с фиксированной и фиксированной температурой подтвердила достоверность разработанных моделей.

Значительные выбросы парниковых газов, таких как CO2, привели к двум серьезным глобальным проблемам, которые называются «Глобальное потепление» и «Изменение климата»1. За последнее десятилетие присутствие газа CO2 в атмосфере превысило допустимые пределы (т.е. 350 частей на миллион)2,3,4. Следовательно, необходимы значительные усилия по устранению газа CO2 из атмосферы. Существуют некоторые передовые технологии для снижения выбросов CO2, такие как улавливание и хранение углерода (CCS). Технологии CCS в основном делятся на три группы: предварительное сжигание, дожигание (PCC) и кислородное сжигание (кислородное топливо)5. Среди этих методов метод PCC является более практичным и экономичным. По-прежнему необходимо решить ряд экономических, технологических, экологических проблем и проблем безопасности, таких как (i) повышение эффективности улавливания CO2, (ii) снижение затрат на процесс и (iii) обеспечение экологически устойчивого хранения CO26. Применение водных алканоламиновых растворителей (например, МЭА) в методе PCC является традиционным из-за его высокой реакционной способности с CO2, доступности, низкой стоимости и низкой вязкости. Однако при использовании таких растворителей все еще существует несколько недостатков, в том числе высокие потери растворителя, деградация, коррозия, высокий расход энергии в процессе регенерации, экологические проблемы и высокие затраты на регенерацию7,8,9. В результате крайне важно разработать новые экологически чистые и дешевые растворители для процессов улавливания CO2.

Исследования в последние годы все больше внимания уделяют разработке новых растворителей, таких как ионные жидкости (IL) и глубокие эвтектические растворители (DES), чтобы заменить традиционные летучие органические соединения (ЛОС) в различных химических и промышленных процессах10,11,12.

По сравнению с обычными растворителями, улавливающими CO2 (т.е. аминами), ИЖ более эффективны благодаря своим привлекательным внутренним свойствам, таким как низкая летучесть, высокая термическая стабильность и отличная растворимость CO213,14. Хорошо известно, что ИЖ являются эффективными физическими сорбентами СО2, их характеристики можно регулировать путем подбора подходящих катионов и анионов. Несмотря на эти преимущества, использование ИЖ для улавливания CO2 в промышленных целях имеет ряд недостатков, включая их высокую вязкость, сложные и дорогие процессы синтеза и очистки, а также высокую стоимость. Растущую обеспокоенность вызывает токсичность некоторых IL15. Существуют новые классы растворителей, известные как ДЭС, которые обладают дополнительными преимуществами, такими как низкая стоимость, низкая токсичность, биоразлагаемость, простота приготовления и отсутствие необходимости очистки16. DES можно синтезировать путем смешивания донора водородной связи (HBD) (например, карбоновых кислот, амидов, аминов, спирта или галогенидов металлов) с акцептором водородной связи (HBA) (например, четвертичных фосфониевых или аммониевых солей) в соответствующих молярных соотношениях17. . Наиболее перспективным свойством DES является разнообразие структур. Благодаря присущим им преимуществам, включая низкое давление паров, высокую термическую и химическую стабильность, негорючесть и широкий диапазон возможностей регулировки, DES привлекли значительное внимание18,19. В частности, интенсивно исследуются DES на основе холина. Поскольку DES на основе холина в основном представляют собой природные соединения; поэтому они не оказывают вредного воздействия на окружающую среду. Среди широко используемых солей холина хлорид холина (ChCl) представляет собой нетоксичный, биоразлагаемый и недорогой материал, либо синтезируемый из продукта или побочного продукта ископаемых запасов (например, нефти), либо извлекаемый из биомассы19.