Kürzlich hat ein Forscherteam der Pohang University of Science and Technology (POSTECH), des Korea Research Institute of Chemical Technology und der Chonnam National University eine Technik zum Trennen gut gemischter Gemische entwickelt.
Das Forschungsteam um Professor Jee-hoon Han von der Fakultät für Chemieingenieurwesen der POSTECH entwickelte eine Technologie zur effizienten Synthese und Reinigung ionischer Flüssigkeiten. Ihre Forschung erschien kürzlich als Titelblatt in der Online-Ausgabe von Forschung in Industrie- und Ingenieurchemie.
Professor Jee-hoon Han arbeitete bei der Forschung mit Direktor Ji Hoon Park, dem leitenden Forscher Soo Min Kim und dem Forscher Myungho Choi vom CO2 & Energy Research Center am Korea Research Institute of Chemical Technology sowie Professor Jaewon Byun von der Chonnam National University zusammen.
Ionische Flüssigkeiten sind Salze, die aufgrund starker elektrischer Wechselwirkungen zwischen ihren Ionen bei Raumtemperatur oder sogar bei relativ niedrigen Temperaturen flüssig bleiben. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Salzen besitzen sie einzigartige Eigenschaften wie Nichtentflammbarkeit, geringe Flüchtigkeit sowie thermische und chemische Stabilität, was sie für verschiedene industrielle Anwendungen, darunter Katalysatoren und Elektrolyte, wertvoll macht.
Eine der am besten untersuchten ionischen Flüssigkeiten ist [bmim][BF4]bekannt für seine hohe Stabilität und geringe Toxizität. Der komplexe und teure Prozess der Entfernung von Verunreinigungen wie Lithiumchlorid (LiCl) während der Synthese war jedoch ein erhebliches Hindernis für die Kommerzialisierung der Technologie.
In dieser Studie verwendeten die Forscher Halogenkohlenwasserstoff-Kältemittel – insbesondere Chlordifluormethan (Rf-22) – um die ionische Flüssigkeit zu synthetisieren. [bmim][BF4] wirtschaftlicher und effizienter als herkömmliche Methoden.
Durch die Verwendung von Rf-22 als Phasentrennungsvermittler konnten sie eine Methylimidazol-haltige Mischung dazu bringen, sich in zwei unterschiedliche Schichten zu trennen, ähnlich der Trennung von Öl und Wasser.
Das Team beobachtete die Phasentrennung durch Variation der Verhältnisse von [bmim][BF4]Wasser und Halogenkohlenwasserstoffgemische. Anschließend wendeten sie die gesammelten Daten auf ein ternäres Phasendiagrammmodell an. Dieses Modell stellt die Zusammensetzung und Phasen eines Gemischs mit drei verschiedenen Komponenten visuell dar und wird verwendet, um die gebildete Phase basierend auf den Anteilen der einzelnen Bestandteile vorherzusagen.
Mithilfe der ternären Phasendiagramm-Modellierung gelang es den Forschern, hochreine [bmim][BF4] mit einer Reinheit von über 99 %. Darüber hinaus konnten sie die Schicht mit Methylimidazol, die nicht an der Synthesereaktion teilgenommen hatte, effektiv zurückgewinnen und recyceln.
Anschließend führte das Team Prozesssimulationen durch, um die wirtschaftliche Machbarkeit der in dieser Studie entwickelten Reinigungstechnologie zu bewerten. Basierend auf einer Kostenanalyse für die Herstellung von 1 Tonne [bmim][BF4] pro Tag ermittelten sie einen Mindestverkaufspreis von etwa 12.000 US-Dollar pro Tonne. Dies ist wettbewerbsfähiger als bestehende Prozesstechnologien und zeigt das Potenzial für die Kommerzialisierung der Technologie.
Professor Jee-hoon Han von POSTECH erklärte: „Wir hoffen, dass diese Forschung die Kommerzialisierung ionischer Flüssigkeiten voranbringt und praktische Industrielösungen auf der Grundlage unseres Verständnisses dieser Substanzen bietet.“
Der leitende Forscher Soo Min Kim vom Korea Research Institute of Chemical Technology sagte: „Diese Technik kann auch auf andere Lösungsmittel angewendet werden und ermöglicht die Synthese einer breiten Palette hochreiner ionischer Flüssigkeiten.“
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Myungho Choi et al, Wirtschaftlich tragfähiges Verfahren zur Synthese und Reinigung ionischer Flüssigkeiten: 1-Butyl-3-methyl Imidazolium Tetrafluoroborat, Forschung in Industrie- und Ingenieurchemie (2024). DOI: 10.1021/acs.iecr.4c01218