بررسی اثر طول زنجیر آلکیلی و نوع آنیون بر روی ویژگی های ترموفیزیکی مایع های یونی با استفاده از دو نسخه از معادله های حالت SAFT

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

2 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

در این پژوهش رفتار فشار- حجم و برخی از ویژگی­ های ترموفیزیکی مرتبه دوم مانند ظرفیت گرمایی و سرعت صوت خانوادهای از مایع­ های یونی با پایه ایمیدازولیوم با استفاده از معادله­ های حالت SAFT  محاسبه شد و اثر طول زنجیرآلکیلی و نوع آنیون بر روی این ویژگی­ ها مورد ارزیابی قرار گرفت. دو نسخه از معادله حالت SAFTبرای محاسبه ویژگی­ های ترموفیزیکی مایع­ های یونی مورد استفاده قرار گرفت، یکی PC-SAFT و دیگری نسخه Heterosegmented SAFT که هر دو نسخه توانایی خوبی در پیش بینی انرژی آزاد هلمهولتز و ویژگی­ های ترموفیزیکی مرتبه اول مانند رفتار فشار ـ حجم از خود نشان دادند،طوری ­که میزان انحراف داده­ های محاسباتی به دست آمده از این معادله­ های حالت نسبت به داده های تجربی بین 5/0 تا 5 درصد می باشد. اما در پیش بینی ویژگی ­های مرتبه دوم مانند ظرفیت گرمایی در حجم ثابت، ظرفیت گرمایی در فشار ثابت و سرعت صوت
در مقایسه با داده­ های تجربی عملکرد دقیق و مناسبی ندارند و به جز در موارد اندکی میزان خطا در مقایسه با داده­های تجربی موجود بین 10 تا 60 درصد است. همچنین، این معادله ­ها روند تغییر در ویژگی­های ترموفیزیکی مرتبه دوم بر اثر تغییر طول زنجیر آلکیلی یا نوع آنیون را به خوبی نشان نمی دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Lei Z., Zhang J., Li Q., Chen B., UNIFAC Model for Ionic Liquids, Ind. Eng. Chem. Res. 48: 2697 – 2704 (2009).

[2] Pereiro A.B., Rodriguez A., Ternary LLE of the Azeotrope(ethyl acetate + 2-propanol) with Different Ionic Liquids at T = 298.15, J. Chem. Thermodynamics. 39: 1608-1613 (2007).

[3] Pereiro A.B., Rodriguez A., Phase Equilibria of the Azeotropic Mixture Hexane + Ethyl Acetate with Ionic Liquids at 298.15 K, J. Chem. Eng. Data. 53: 1360-1366 (2008).

[4] Domanska U., Paduszynski K., Phase Equilibria Study in Binary Systems (Tetra-n-butylphosphonium Tosylate Ionic Liquid + 1-Alcohol, or Benzene, or n-Alkylbenzene), J. Phys. Chem. B. 112: 11054-11059 (2008).

[5] Guzman O., Eloy Romos Lara J., Fernando del Rio, Liquid-Vapor Equilibria of Ionic Liquids from a SAFT Equation of State with Explicit Electrostatic Free Energy Contributions, J. phys. Chem. B. 119: 5864-5872 (2015).

[6] Moises R. Curras, Javier Vijande, Manuel M. Pineiro, Luis Lugo, Josefa Salgado, and Josefa Garcia, Behavior of the Environmentally Compatible Absorbent 1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate with 2,2,2-trifluoroethanol: Experimemntal Densities at High Pressures and Modeling of PVT and Phase Equilibria Behavior with PC-SAFT EoS, Ind. Eng. Chem. Res. 50: 4065-4076(2011).

[7] Xiaoyan Ji, christoph Held, Gabriele Sadowski,, Modeling Imidazolium-Based ionic Liquids with ePC-SAFT, Fluid Phase Equilib. 335: 64-73 (2012).

[8] Xiaoyan Ji, christoph Held, Modeling the Density of Ionic Liquids with ePC-SAFT, Fluid Phase Equilib. 410: 9-22 (2016).

[9] Rahmati M., Behzadi B., Ghotbi C., Thermodynamic Modeling of Hydrogen Sulfide Solubility in Ionic Liquids Using Modified SAFT – VR and PC-SAFT Equations of State, Fluid Phase Equilib. 309: 179 – 189 (2011).

[10] Maghari A., ZiaMajidi F., Pashaei E., Thermophysical Properties of Alkyl-Imidazolium Based Ionic Liquids Through the Hetetrosegmented SAFT-BACK Equation of State, Journal of Molecular Liquids 191:59-67(2014).

[11] Xiaoyan,Ji., Adidharma, H., Termodynamic Modeling of CO2 Solubility in Ionic Liquid with  Heterosegmented Statistical Associating Fluid theory., Fluid Phase Equilib. 293: 141-150 (2010).

[12] صحرایی، وهاب؛ قطبی، سیروس؛ تقی­خانی، وحید؛ نظری، خداداد؛ بررسی ضریب فعالیت محلول‌های الکترولیتی و ضریب اسمزی مایع یونی [BMIM][BF4] با استفاده از معادله حالتSAFT-MSA  GV-، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1) 31: 45 تا 54 (1391).

[13] Gross J., Sadowski G., Perturbed-chain SAFT: An Equation of State Based on Perturbation Theory for Chain Molecules, Ind. Eng. Chem. Res.40(4): 1244-1260(2001).

[14] Gross J., Sadowski G., Application of Perturbed-Chain SAFT .Equation of State to Association  Systems.  Ind. Eng. Chem. Res. 41: 5510-5515 (2002).

[15] Dominik A., Chapman W.G., Modeling of Polar System with the Perturbed – Chain SAFT Equation of State. Investigation of the Performance of Two Polar Term, Ind. Eng. Chem. Res. 44: 6928-6938 (2005).

[16] Chapman, W. G.; Jackson, G.; Gubbins, K. E., Phase Equilibria of Associating Fluids. Chain Molecules with Multiple Bonding Sites, Mol. Phys.65: 1057-1079 (1988).

[17] Wertheim M.S., Fluids with Highly Directional Attractive Forces. 1. Statistical thermodynamics., J. Stat. Phys. 35: 19-34 (1984).

[18] Wertheim M.S., Fluids with Highly Directional Attractive forces. 2. Thermodynamic Perturbation- Theory and Integral Equations, J. Stat. Phys. 35:35-47 (1984).

[19] Wertheim M.S., Fluids with Highly Directional Attractive Forces.3.Multiple Attraction Sites., J. Stat. Phys. 42: 459-476(1986).

[20] Wertheim M.S., Fluids with Highly Directional Attractive Forces.4. Equilibrium Polymerization., J. Stat. Phys. 42 :477-492 (1986).

[21] Barker J.A., Henderson D., Perturbation Theory and Equation of State for Fluid. ІІ. A Successful Theory of Liquids., J. Chem. Phys.47: 4714 (1967).

[22] Barker J.A., Henderson D., Perturbation Theory and Equation of State for Fluids. І. The Square-Well Potential., J. Chem. Phys.47:2856(1967).

[23] Wolbach J.P.; Sandler S.I., Using Molecular Calculations to Describe the Phase Behavior of Cross Associating Mixtures., Ind. Eng. Chem. Res. 37: 2917-2928 (1998).

[24] Gross J., Sadowski G., Application of the Perturbed-Chain SAFT Equation of State to Associating Systems, Ind. Eng. Chem. Res., 41: 5510-5515 (2002).

[25] Kraska T., Gubbins K.E., Phase Equilibria Calculations with a Modified SAFT Equation of state. 1. Pure Alkanes, Alkanols, and Water., Ind. Eng. Chem. Res., 35: 4727-4737 (1996).

[26] Wang T., Peng C., Liu H., Hu Y., Equation of State for the Vapour-Liquid Equilibria of Binary System Containing Imidazolium-Based Ionic Liquids.,  Ind. Eng. Chem. Res. 46: 4323-4329(2007).

[27] Adidharma H., Radosz M., Prototype of an Engineering Equation of State for Heterosegmented Polymers., Ind. Eng. Chem. Res. 37:4453-4462 (1998).

[28] Adidharma H., Radosz M., Square-well SAFT Equation of State for Homopolymeric and Heteropolymeric Fluids , Fluid Phase Equilib., 158: 165–174 (1999).

[29] Xiaoyan Ji., Adidharma H., Termodynamic modeling of ionic liquids density with  heterosegmented statistical associating fluid theory., Chem. Eng. SC. 64: 1985-1992(2009).

[30] De Azevedo R.G., Esperanca J.M.S.S., Najdanovic-Visak V., Visak Z.P., Pires P.F.,Guedes H.J.R., da Ponte M.N., Rebelo L.P.N., Thermophysical and Thermodynamic Properties of 1-butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate and 1-butyl-3-imidazolium Hexafluorophosphate over an Extended Pressure Range, J. Chem. Eng. Data, 50: 997-1008 (2005).

[31] Taguchi R., Machida H., Sato Y., Richard L., Smith Jr.,High-Pressure Densities of 1-Alkyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphates and 1-Alkyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborates at Temperatures from (313 .1 to 473) K and at Pressures up to 200 MP, J. Chem. Eng. Data 54:22–27(2009).

[32] Gardas R.L, Freire M.G., Carvalho P.J., Marrucho I.M., Fonseca I.M.A., Ferreira A.G.M., Coutinho J.A.P., High- Pressure Densities and Derived Thermodynamic Properties of Imidazolium – Based ionic Liquids, J. Chem. Eng. Data, 52: 80-88 (2007).

[33] De Azevedo R.G., Esperanca J.M.S.S., Szydlowski J., Visak Z.P., Pires P.F.,Guedes H.J.R., Rebelo L.P.N., Thermophysical and Thermodynamic Properties of Ionic Liquids over an Extended Pressure Rang : [bmim][NTF2] and [Hmim][NTF2] , J. Chem. Thermodyn., 37: 888-899(2005).

[34] Waliszewski D., Stepniak I., Piekarski H., Lewandowski A., Heat Capacities of Ionic Liquids and Their Heats of Solution in Molecular Liquids, Thermochim. Acta, 433: 149-152(2005).

[35] Kabo G.J., Blokhin A.V., Paulechka Y.U., Kabo A.G., Shymanovich M.P., Magee J.W., Thermodynamic Properties of 1-Butyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate in the Condensed State., J. Chem. Eng. Data. 49: 453-461(2004).

[36] Ge R., Hardacre C., Jacquemin J., Nancarrow P., Rooney D.W., Heat Capacities of Ionic Liquids as a Function of Temperature at 0.1 MPa. Measurement and Prediction, J. Chem. Eng. Data. 53: 2148-2153(2008).

[37] Pereiro A.B., Legido J.L., Rodriguez A., Physical Properties of Ionic Liquids Based on 1-Alkyl-3-Methylimidazolium Cation and Hexafluorophosphate as Anion and Temperature Dependence.,  J. Chem. Thermodyn. 39:1168-1175 (2007).

[38] Kumar A., Estimates of Internal Pressure and Molar Refraction of Imidazolium Based Ionic Liquids as a Function of TemperatureJ. Solution Chem. 37:203-214 (2008).