Multiphase equilibria in systems containing ionic liquids: Experimental investigations of phenomena and molecular modeling
Final Report Abstract
Im ersten Teil der Arbeiten wurden experimentelle Untersuchungen des SONG (“Salting-Out by a Nearcritical Gas”) Phänomens beim Aufpressen von Kohlendioxid auf eine binäre homogene Lösung aus einer ionischen Flüssigkeit und Wasser bzw. einem organischen Lösungsmittel durchgeführt. Dabei wurden zwei binäre Lösungsmittelgemische aus einer ionischen Flüssigkeit und einem organischen Lösungsmittel ((Methanol + [bmim][PF6]) und (1-Butanol + [hmim][Tf2N])) und 5 wässrige Lösungen einer ionischen Flüssigkeit ([bmim][CH3SO4], [mim][Cl], [mim][HSO3], [ehmpy][C2H5SO4]und Ethylencarbonat) untersucht. Diese Messungen erfolgten im Temperaturbereich zwischen 20 und 60 °C. Bei allen Systemen wurden die Druck-Temperatur-Koordinaten der unteren (UKEP) und oberen (OKEP) kritischen Endpunktlinien bestimmt. Bei den nichtwässrigen Systemen liegt der Druck auf der UEKP-Linie im untersuchten Temperaturbereich typischerweise zwischen etwa 5 und 11 MPa und der Abstand zum Druck auf der OEKP-Linie beträgt typischerweise bis etwa 1,5 MPa. Dieser vergleichsweise große Druckbereich erscheint eine technische Anwendung des Phänomens zu ermöglichen. Deshalb wurden für diese beiden Systeme auch die Zusammensetzungen der im VLLE koexistierenden flüssigen Phasen im gesamten Druckbereich vermessen. Bei den wässrigen Systemen wurde die Zusammensetzung der koexistierenden flüssigen Phasen nur für das System mit Ethylenkarbonat experimentell bestimmt. Bei allen anderen Systemen wurden die experimentellen Untersuchungen auf die Bestimmung der Druck-Temperatur Koordinaten der unteren (UKEP) kritischen Endpunktlinie beschränkt. In den wässrigen Systemen fällt bei Temperaturen unterhalb der kritischen Temperatur von Kohlendioxid die OKEP-Linie mit der Dreiphasenlinie VLLE des binären Systems (Kohlendioxid + Wasser) zusammen. Der Abstand zwischen den beiden kritischen Endpunktlinien war (mit Ausnahme des Systems mit Ethylenkarbonat) sehr gering (nur ca. 0,02 MPa), so dass eine gezielte technische Nutzung des Phänomens bei diesen Systemen nahezu ausgeschlossen erscheint. Ferner wurden auch die Löslichkeit von Kohlendioxid in binären homogenen flüssigen Mischungen aus (Methanol + [bmim][PF6]) und der Dampfdruck über solchen flüssigen Mischungen gemessen. Im zweiten Teil des Vorhabens wurden Vorarbeiten zur molekularen Modellierung und Simulation des SONG Phänomens mit Kraftfeldmethoden durchgeführt. Für einfache Moleküle wurden der Einfluss der inneren Freiheitsgrade und der Einfluss der Art der Modellierung der Elektrostatik auf Ergebnisse der molekularen Simulation von Phasengleichgewichten untersucht. Letztlich wurden auch werkzeugseitig Entwicklungen durchgeführt, die in unseren Simulationscode ms2 eingeflossen sind, der akademischen Nutzern frei zur Verfügung steht.
Publications
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High-pressure phase behavior of ternary systems (carbon dioxide+ alkanol + hydrophobic ionic liquid). Fluid Phase Equilibria, Vol. 294. 2010, Issues 1–2, pp. 54–66.
K. Chobanov, D. Tuma, G. Maurer
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Flexible or rigid molecular models? A study on vapour-liquid equilibrium properties of ammonia. Molecular Physics, Vol. 109. 2011, Issue 4, pp. 619-624.
C. Engin, T. Merker, J. Vrabec, H. Hasse
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On the difference between a point multipole and an equivalent linear arrangement of point charges in force field models for vapour–liquid equilibria; partial charge based models for 59 real fluids.
Molecular Physics, Vol. 109. 2011, Issue 16, pp. 1975-1982.
C. Engin, J. Vrabec, H. Hasse
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Untersuchungen zu Phasengleichgewichten in ternären Systemen mit nahekritischem Kohlendioxid und einer ionischen Flüssigkeit. Dissertation, Technische Universität Kaiserslautern, 2011, 136 S.
K. Chobanov
