Ionic liquids for application in separation processes: chromatographic and calorimetric studies

Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáThe family of ionic liquids can provide safer, efficient and more sustainable alternative solvents than those commonly used. In this work, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate (BmimAc) was the selected ionic liquid to be studied as a separation agent in different liquid-liquid extraction problems with terpenes and terpenoids. After separation, it is important to devise a strategy to recover the IL and minimize costs. To do so, infinite dilution activity coefficients of water and 44 solutes belonging to different families of organic compounds, were measured in the ionic liquid by gas chromatography. This ionic liquid showed strong interaction with polar solutes like alcohols and linalool, for which low values of activity coefficients at infinite dilution were obtained. Concerning the system limonene/linalool (compounds used in biodegradable solvents and perfumery industries), this IL showed the best values of capacity and selectivity, calculated through activity coefficients. However, it was not a good separation agent of the mixture α–pinene/β–pinene (used in used in medications with antifungal action). Besides that, the solid-liquid equilibria phase diagram was studied by differential scanning calorimetry (DSC), by measuring the freezing point depression of water caused by the addition of 1-butyl-3-methylimidazolium acetate. The methodology was tested first by measuring the freezing point of aqueous solutions of NaCl, CaCl2, 2-propanediol and 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (EmimAc). The values obtained in this work agreed with literature, except for the 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate. So, further tests need to be carried out using other methodologies. Through the measurement of freezing point curves, important data were obtained concerning the 1-butyl-3-methylimidazolium acetate (BmimAc)+ water interactions. Thus, crystallization is a possible process for separating ILs from water. This work offers a solution to separate the system limonene/linalool and then recovery the IL through freezing point depression of water/BmimAc once that was possible freeze the water.A família de líquidos iônicos pode fornecer solventes alternativos mais seguros, eficientes e mais sustentáveis do que os comumente usados. Neste trabalho, acetato de 1-butil-3-metilimidazólio (BmimAc) foi o líquido iônico selecionado para ser estudado como um agente de separação em diferentes problemas de extração líquido-líquido com terpenos e terpenóides. Após a separação, é importante conceber uma estratégia para recuperar o LI e minimizar os custos. Para isso, foram medidos coeficientes de atividade a diluição infinita de água e 44 solutos pertencentes a diferentes famílias de compostos orgânicos, no líquido iônico, por cromatografia gasosa. Este líquido iônico mostrou forte interação com solutos polares como álcoois e linalol, para os quais foram obtidos baixos valores de coeficientes de atividade em diluição infinita. No que diz respeito ao sistema limoneno / linalol (compostos utilizados como solventes biodegradáveis e na indústria de perfumaria), este IL mostrou os melhores valores de capacidade e seletividade. No entanto, não foi um bom agente de separação da mistura α-pineno / β-pineno (usados em medicamentos com ação anti-fungica). Além disso, o diagrama de fases de equilíbrio sólido-líquido foi estudado por calorimetria diferencial de varredura (DSC), medindo a depressão do ponto de congelamento da água causada pela adição de acetato de 1-butil-3-metilimidazólio. A metodologia foi testada primeiro medindo o ponto de congelamento de soluções aquosas de NaCl, CaCl2, 2-propanodiol e acetato de 1-etil-3-metilimidazólio (EmimAc). Os valores obtidos neste trabalho concordam com a literatura, exceto o acetato de 1-etil-3-metilimidazólio. Portanto, testes adicionais precisam ser realizados usando outras metodologias. Através da medição das curvas do ponto de congelamento, foram obtidos dados importantes sobre as interações 1-butil-3-metilimidazólio + água. Assim, a cristalização é um processo possível para separar ILs da água. Este trabalho oferece uma solução para a separação do sistema limoneno/linalol e a recuperação do LI usado no sistema por meio do abaixamento do ponto de congelamento da água em contato com o BmimAc, uma vez que foi possível cristalizar a água da mistura