Untersuchungen zu Phasengleichgewichten in ternären Systemen mit nahekritischem Kohlendioxid und einer ionischen Flüssigkeit

  • Ionische Flüssigkeiten werden als alternative zu klassischen Lösungsmitteln für chemische Umsetzungen diskutiert u. a. auch für Reaktionen an denen gelöste Gase beteiligt sind. Deshalb ist die Kenntnis der Gaslöslichkeit sowie der eventuell auftretenden Hochdruck-Mehrphasen-Gleichgewicht in Systemen mit ionischen Flüssigkeiten sowohl von wissenschaftlichem als auch von technischem Interesse. Das Aufpressen von Kohlendioxid bei einer Temperatur nahe dessen kritischer Temperatur auf eine homogene, einphasige, binäre flüssige Mischung aus einem organischen Lösungsmittel und einer hydrophoben ionischen Flüssigkeit bzw. aus Wasser und einer hydrophilen ionischen Flüssigkeit, kann zur Entmischung der zuvor homogenen Flüssigkeit in zwei koexistierende Flüssigphasen L1 und L2 (die mit einer Dampfphase V im Gleichgewicht stehen) führen. Das zweiphasige flüssige System kann z. B. bei chemischen Umsetzungen, aber auch bei der Aufarbeitung von Reaktionslösungen von Vorteil sein, wenn z. B. die Extraktion eines Produkts in die zweite flüssige Phase zu einer Erhöhung des Umsatzes einer chemischen Reaktion führt. In der vorliegenden Arbeit wurde das Hochdruck-Mehrphasen-Gleichgewicht ternärer Systeme bestehend aus (Kohlendioxid + Alkohol/Wasser + ionische Flüssigkeit bzw. Ethylencarbonat) experimentell untersucht. Zunächst wurden die Hochdruck-Mehrphasen-Gleichgewichte von zwei organischen ternären Systemen (Kohlendioxid + Methanol + [bmim][PF6]) und (Kohlendioxid + 1-Butanol + [hmim][Tf2N]) bei Temperaturen zwischen 293 und 333 K und Drücken bis zu 12 MPa experimentell bestimmt. Die Untersuchungen bestanden aus dem Vermessen der Druck-Temperatur-Koordinaten der kritischen Endpunktlinien, sowie der Zusammensetzungen der im Dreiphasengleichgewicht koexistierenden flüssigen Phasen L1 und L2. Danach wurden an vier Systemen aus (Kohlendioxid + Wasser + ionische Flüssigkeit) ähnliche experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Diese beschränkten sich jedoch im wesentlichen auf die Bestimmung des Druckbereiches in dem solche Mehrphasen-Gleichgewichte auftreten. Bei dem wässrigen System (Kohlendioxid + Wasser + Ethylencarbonat), das untersucht wurde, wurde ein deutlich komplizierteres Phasenverhalten beobachtet, in dem auch ein Vierphasengleichgewicht L1L2L3V sowie zwei Typen von Dreiphasengleichgewichten auftreten. Für dieses System wurden sowohl die Druck-Temperatur-Koordinaten des unteren kritischen Endpunkts des Dreiphasen-Gleichgewichts als auch die des Vierphasengleichgewichts bestimmt. Außerdem wurde die Zusammensetzung der im Gleichgewicht koexistierenden flüssigen Phasen L1 und L2 bei 313 und 333 K im Druckbereich von 6,05 bis 20,3 MPa bestimmt. Darüber hinaus wurde die Löslichkeit von Kohlendioxid in drei homogenen, einphasigen Lösungsmittelgemischen aus (Methanol + [bmim][PF6]) mit unterschiedlicher Zusammensetzung experimentell bestimmt. Diese Untersuchungen erfolgten mit einer nach der synthetischen Methode arbeitenden Versuchsapparatur. Abschließend wurde die Löslichkeit von Kohlendioxid in den untersuchten binären Lösungsmittelgemischen (Methanol + [bmim][PF6]) mit Hilfe von Modellen der molekularen Thermodynamik abgeschätzt.

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Metadaten
Author:Krasimir Chobanov
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-26859
Advisor:Gerd Maurer
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2011/07/25
Year of Publication:2011
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2011/10/03
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten

$Rev: 12793 $