Molekulare Simulation der Löslichkeit von Gasen in reinen ionischen Fluiden und in Lösungsmittelgemischen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerd Maurer
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5406326

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Vorhaben wurde die Löslichkeit technisch bedeutender Gase (z. B. CO2, CO, H2, O2, NH3) in reinen ionischen Flüssigkeiten und in Lösungsmittelgemischen durch molekulare Simulation untersucht. Die Simulationsrechnungen besonders mit ionischen Flüssigkeiten waren sehr zeitaufwendig. Die ursprünglich vorgesehenen Arbeiten, die Computersimulation mit in der Literatur bekannten Paarpotentialen durchzuführen, wurden ausgedehnt, indem ein Potentialmodell für die ionische Flüssigkeit [bmim][CH3SO4] aus quantenchemischen Rechnungen entwickelt wurde. Insgesamt wurde die Löslichkeit von 5 Gasen (Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Sauerstoff und Ammoniak) in zwei ionischen Flüssigkeiten ([bmim][PF6] und [bmim][CH3SO4]) und in zwei Lösungsmittelgemischen (Methanol+Wasser und Aceton+Wasser) simuliert. Die Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass die Potentialansätze für die reinen Komponenten eine entscheidende Rolle für die Qualität der Vorhersage spielen. Weiterhin wurde festgestellt, dass bei manchen Systemen die Berücksichtigung der internen Freiheitsgrade zu einer besseren Vorhersage der Gaslöslichkeit führen kann. Ferner konnte beobachtet werden, dass die molekulare Simulation eine sehr gute Wiedergabe der experimentellen Daten bei den Systemen mit organischen Lösungsmitteln liefern kann.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2005. Solubility of CO2, CO, and H2, in the ionic liquid [bmim][PF6] from Monte Carlo simulations, J. Phys. Chem. B 109, 12154 12159.; Correction to “Solubility of CO2, CO, and H2 in the ionic liquid [bmim][PF6] from Monte Carlo simulations”, 2006, J. Phys. Chem. B 110, 18072.
  I. Urukova, J. Vorholz, G. Maurer
  
• 2005. Solubility of oxygen in the ionic liquid [bmim][PF6]: experimental and molecular simulation results, J. Chem. Thermodynamics 37, 595 602. Corrigendum to: “Solubility of oxygen in the ionic liquid [bmim][PF6]: experimental and molecular simulation results”, 2007, J. Chem. Thermodynamics 39, 335.
  J. Kumełan, Á. Pérez-Salado Kamps, I. Urukova, D. Tuma, G. Maurer
  
• 2006. Solubility of Carbon Dioxide in Aqueous Solutions of Methanol. Predictions by Molecular Simulation and Comparison with Experimental Data. J. Phys. Chem. B 110, 14943 14949
  I. Urukova, J. Vorholz, G. Maurer
  
• 2009. Solubility of CO2 in (acetone+water): Correlation of experimental data and predictions from molecular simulation. Ind. Eng. Chem. Res. 48 4553 – 4564
  I. Urukova, Á. Pérez-Salado Kamps, G. Maurer