Medição de Equilíbrio LíquidoLíquido de Sistemas Bifásicos
Fluorados
Fatima R. Varanda
Universidade de Aveiro
Orientadora: Isabel M. Marrucho
Co-orientador: João A. P. Coutinho
07 de Dezembro de 2007
Resumo
1. Introdução / Motivação
2. Procedimento experimental
3. Resultados
3.1. FBS
3.2. Sistemas com n-octano
4. Modelação
4.1. soft-SAFT
4.2. COSMO-RS
5. Conclusões
6. Trabalhos Futuros
2
Introdução /
Motivação
Catálise Heterogénea
Catálise Homogénea
separação produtos /catalisador
modelos moleculares
Catálise Bifásica
FBS = fluorous biphasic system
Fase orgânica
Fase fluorada
3
Introdução /
Motivação
PFCs
 Derivados dos HCs, substituindo todos os átomos de H por F
 Elevada electronegatividade do átomo de F
 Ligações intramoleculares fortes e intermoleculares fracas
C8H18
C7F14
C8F17Br
C10F18
C8F18
C8F17H
C8F16H2
4
Introdução /
Motivação
Aplicações
PFCs:
 Indústria: extracção SC, refrigerantes, aerossóis, bio-reactores, meio
reacional
 Ambiente: remoção de CO2, substituição de CFCs
 Bio-Medicina
5
Introdução /
Motivação
Aplicações dos PFCs
em bio-medicina:
 Substituintes do sangue
 Ventilação Líquida
 Cirurgia Oftalmológica
 Conservação de Orgãos
 Técnicas de Imagem
 Transporte Controlado de Fármacos
6
Introdução /
Motivação
FBS:
Sistemas com n-octano:
 Composto orgânico:
 Composto orgânico:
 Acetonitrilo (CH3CN)
 Tolueno (C7H8)
 PFC:
 Perfluorodecalina (C10F18)
 PMCH (C7F14)
 1Br-perfluoro-n-octano (C8F17Br)
Síntese orgânica
 n-octano (C8H18)
 PFC:




Perfluoro-n-octano (C8F18)
1Br-perfluoro-n-octano (C8F17Br)
1H-perfluoro-n-octano (C8F17H)
1H,8H-perfluoro-n-octano (C8F16H2)
Formulação do
sangue artificial
7
Procedimento Experimental
Preparação das ampolas
8
Procedimento Experimental
Montagem experimental
9
Procedimento Experimental
Ponto de
turvação
10
Resultados Experimentais
FBS
450
:
CH3CN < C7H8
430
410
T/K
390
370
350
330
310
C10F18 + C7H8
C7F14 + C7H8
C10F18 + CH3CN
C7F14 + CH3CN
C8F17Br + CH3CN
290
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
j FC
11
Resultados Experimentais
Sistemas com n-octano: C8F18 < C8F17H ≈ C8F16H2 < C8F17Br
360
340
T/K
320
300
280
260
0.0
0.1
0.2
C8F17Br
C8F17H
C8F16H2
C8F18
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
j FC
12
Modelação – soft-SAFT
490
C10F18 + CH3CN
C7F17 + CH3CN
C8F17Br + CH3CN
470
C10F18 + CH3CN
ηij = 0.918
ξij = 0.8916
450
430
T/K
Sistemas com
acetonitrilo:
C7F14 + CH3CN
ηij = 0.918
ξij = 0.8916
410
C8F17Br + CH3CN
ηij = 1.000
ξij = 0.9146
390
370
350
330
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
xPFC
13
Modelação – soft-SAFT
430
Sistemas com
tolueno:
C10F18 + C7H8
C7F14 + C7H8
410
C7F14 + C7H8
ηij = 1.000
ξij = 0.8946
390
T/K
370
C10F18 + C7H8
ηij = 1.050
ξij = 0.8746
350
330
310
290
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
xPFC
14
Modelação – soft-SAFT
Sistemas com
n-octano:
370
C8F18
C8F17Br
C8F17H
C8F16H2
360
350
C8F18 + C8H18
ηij = 1.000
ξij = 0.9146
340
T/K
330
C8F17H + C8H18
ηij = 1.000
ξij = 0.9207
320
310
C8F16H2 + C8H18
ηij = 1.000
ξij = 0.9189
300
290
280
270
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
C8F17Br + C8H18
ηij = 1.000
ξij = 0.9360
xFC
15
Modelação - COSMO-RS
FBS
:
acetonitrilo
tolueno
460
440
420
T/K
400
380
360
340
C10F18 + CH3CN (COSMO)
C7F14 + CH3CN (COSMO)
C8F17Br + CH3CN (COSMO)
C10F18 + C7H8 (COSMO)
C7F14 + C7H8 (COSMO)
C8F17Br + C7H8 (COSMO)
320
C10F18 + CH3CN
C7F14 + CH3CN
C8F17Br + CH3CN
C10F18 + C7H8
C7F14 + C7H8
300
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
xFC
16
Modelação - COSMO-RS
Sistemas com noctano:
360
350
340
330
T/K
320
310
300
290
280
270
C8F18 (COSMO)
C8F18
C8F17Br (COSMO)
C8F17Br
C8F17H (COSMO)
C8F17H
C8F16H2 (COSMO)
C8F16H2
260
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
xFC
17
Modelação - COSMO-RS
360
C8F18 < C8F17Br < C8F17H <
C8F16H2
350
340
330
C8F17Br < C8F18 < C8F17H <
C8F16H2
310
300
360
290
350
C8F18 (COSMO)
C8F17Br (COSMO)
C8F17H (COSMO)
C8F16H2 (COSMO)
280
340
270
330
260
0.95
0.96
0.97
T/K
320
0.98
0.99
1
xFC
310
300
290
C8F18 (COSMO)
280
C8F17Br (COSMO)
C8F17H (COSMO)
270
Resultados experimentais:
C8F18 < C8F17H ≈ C8F16H2 <
C8F17Br
C8F16H2 (COSMO)
260
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018
0.02
xFC
18
T/K
320
Conclusões
1. Medição de ELL de 7 novos sistemas fluorados através da turbidimetria,
usando um método de detecção visual dinâmico;
2. Modelação:
2.1. soft-SAFT:
• bons resultados para os sistemas com tolueno;
• os parâmetros moleculares propostos para o acetonitrilo não
descrevem bem as respectivas misturas;
• apenas um parâmetro foi ajustado para os sistemas com octano.
2.2. COSMO-RS:
• boa ferramenta para a previsão qualitativa de ELL de FBS;
• falha na previsão dos sistemas com octano.
19
Trabalho Futuro
1. A nível experimental:
•
construção de um equipamento automatizado para a
detecção dos pontos de turvação;
•
medição de ELL de novos sistemas;
2. soft-SAFT: novos parâmetros moleculares para o acetonitrilo;
3. Cálculos ab initio para os sistemas substituídos.
20
Agradecimentos
Orientadores:
Dra. Isabel Marrucho
Dr. João Coutinho
Todos os elementos do grupo PATh
Família
21
22
Modelação – soft-SAFT
Parâmetros
moleculares:
1.1
soft-SAFT
exp (DIPPR1998)
1.0
0.9
m = 2.435
s = 3.142
e/kB = 309.9
0.8
P / MPa
0.7
0.6
AAD Pvap =
5.85%
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
290
310
330
350
370
390
410
430
450
T/K
23
Modelação – soft-SAFT
Parâmetros
moleculares:
640
soft-SAFT
exp (DIPPR1998)
590
m = 2.435
s = 3.142
e/kB = 309.9
540
T/K
490
AAD D = 1.68%
440
390
340
290
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
r / mol.l-1
24