Πειραματική και θεωρητική μελέτη της ρόφησης του CO2 σε υγρούς διαλύτες και πολυμερή

Abstract

CO2 recovery, applied in processes such as the CO2 separation from natural gas or the CO2/N2 separation from power plant flue gas streams, is of great importance for technical, economic, and environmental reasons. Among the available CO2 capture technologies, chemical absorption using aqueous amine solutions is considered the most viable and mature technology, due to its extensive use in the gas processing industry. However, this method presents limitations, such as significant solvent losses, due to amine volatility and degradation, and high energy demands for solvent regeneration. Various solvent systems were investigated to overcome these drawbacks, such as novel amines, amine mixtures and amine blends with ionic liquids or deep eutectic solvents. Another promising alternative method for CO2 recovery is using polymeric membranes due to inherent merits over the traditional chemical absorption, such as low energy demands, easy maintenance, and portability. However, their widespread use is limited, mainly due to low separation efficiency and poor stability. Another major drawback is the plasticization effect of such membranes in the presence of CO2, as well as other highly plasticizing components, such as hexane and toluene, included in some gas streams. The introduction of a liquid in a supporting polymeric membrane is a promising approach to improve the efficiency of such membranes. The aim of the present thesis was the experimental and theoretical investigation of liquid solvents and polymeric membranes for efficient CO2 recovery from industrial gas streams. In this context, four approaches were used, three relevant to CO2 chemical absorption in liquid solvent systems and one relevant to membrane separation. Twelve systems were investigated in total. This PhD thesis is divided into two major parts, one for the introduction to the topic and to the used experimental methods (Chapters 1-3) and the experimental one (Chapters 4-7). In Chapter 1 a short introduction in used solvents, presenting physical and chemical CO2 absorption, and polymeric membranes used for the CO2 separation is presented. Next, the experimental methods used for the materials’ characterization and a review of the methods utilized for the measurement of CO2 solubility in liquid solvents and in polymer membranes are presented (Chapter 2). Chapter 3 describes the experimental apparatus, which is based on the pressure decay method, used in this study for the experimental measurement of the CO2 solubility in liquid solvents is briefly described and the theoretical background for thermodynamic modelling is presented. Regarding the experimental part, the CO2 solubility in pure amine aqueous solutions was experimentally measured and a rigorous thermodynamic model was applied for the theoretical description (Chapters 4). These results were used to predict the CO2 absorption in blended amine solutions (Chapters 4). The model developed for the amine mixtures was used to describe the solubility of more complex systems, such as aqueous ionic liquid (IL) + amine mixtures or deep eutectic solvents (DES) (Chapters 5). Choline Glycine (ChGly), a known non-toxic and biodegradable ionic liquid, was the connection item between two experimental parts of the study, i.e., chemical absorption in liquid solvents and membrane separation. ChGly was synthesized via a novel procedure, using choline chloride as precursor, for the first time. It was used for the preparation of ionic liquid (IL) + amine blends (Chapter 5) and as an additive in cellulose acetate membranes (Chapter 6). Finally, in Chapter 7 the results of this study are presented and simultaneously the perspectives for future work are formulated. In the next paragraphs, the major aspects of the investigation are presented. Initially, in this study, the solubility of CO2 in aqueous solutions of 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) and 3-methylaminopropylamine (MAPA), which were recently suggested as constituents of novel phase change solvent mixtures, was experimentally measured at 298, 313, 323 and 333 K and in a wide range of pressures, up to approximately 700 kPa (Chapter 4). Since the available literature experimental data for MAPA aqueous solutions are very limited, the experimental results of this study were compared to respective literature data only for AMP aqueous systems and a rather satisfactory agreement was observed. The new experimental data were correlated with the Cubic plus Association (CPA) equation of state and the modified Kent-Eisenberg models. It was observed that both models rather satisfactorily correlate with the experimental data, with the Kent-Eisenberg model presenting more accurate correlations. Subsequently, new experimental data were obtained for the CO2 solubility in aqueous solutions of amine blends containing N-methyldiethanolamine (MDEA), AMP and 3-amino-1-propanol (MPA) at 298, 313, 323 and 333 K and pressures up to approximately 800 kPa (Chapter 4). The modified Kent-Eisenberg model, parameterized using experimental data solely for single amine solutions, was subsequently applied to predict the CO2 absorption in blended amine solutions. Satisfactory model predictions were observed. The average absolute deviations from the experimental data of this study range between 2 and 5%. Furthermore, the effect of amine content on the CO2 absorption ability of ionic liquid-Amine blends was investigated (Chapter 5). Two ionic liquids (IL) were used, i.e. the 1-butyl-3-methylimidazolium hydrogen sulfate, [Bmim][HSO4], and ChGly. New experimental data were presented for two [Bmim][HSO4] + AMP aqueous systems, one [Bmim][HSO4] + MAPA and two ChGly + AMP aqueous systems, which were modelled with the modified Kent-Eisenberg model. In the case of [Bmim][HSO4] based blends, it was shown that, starting from an aqueous amine solution, the replacement of a small part of the amine by [Bmim][HSO4] significantly reduces the CO2 solubility, expressed in moles of the absorbed CO2 per mole of amine, and the CO2 solubility in the bulk, expressed as moles of CO2 per kg of solvent. On the contrary, in the case of ChGly based blends, the replacement of a small part of the amine by ChGly increases the CO2 solubility, expressed in moles of the absorbed CO2 per mole of amine. Furthermore, it was shown that, if a small part of water is replaced by ChGly, the CO2 solubility in the bulk, expressed as moles of CO2 per kg of solvent, is not significantly altered. Such replacement is expected to reduce the vapor pressure of the solvent and, since ChGly is non-toxic, the new solvent is not expected to be more environmentally hazardous. Two main factors were taken into consideration for explaining such observations: the effect of the IL salt on the basicity of the solution and the new sites for interactions, physical or/and chemical, with CO2 that are introduced upon the addition of the salt. The modified Kent-Eisenberg model satisfactorily correlates the experimental data showing deviations that range between 2.0 – 11.6 % in all cases. The model predictions for the speciation in the loaded solutions reveal that the unreacted amine content is very low at CO2 partial pressures of 1 kPa and that the increase of CO2 solubility at higher partial pressures is attributed to the hydrolysis of the carbamate and the molecular CO2 dissolution. Moreover, the effect of water and choline chloride (ChCl) on the CO2 absorption ability of amine based deep eutectic solvents was investigated (Chapter 5). New experimental data are presented for four ChCl-MPA aqueous solutions of various water contents and for one aqueous ChCl-MAPA solution, which, subsequently, were modelled with the modified Kent-Eisenberg model. It was shown that, starting from an aqueous amine solution, the replacement of a small part of MPA by ChCl slightly increases the CO2 solubility, while the replacement of a small part of MAPA does not significantly influence the CO2 solubility, expressed in moles of the absorbed CO2 per mole of amine. However, in both cases, the overall absorption ability of the resulting ChCl-amine blends, in terms of moles of CO2 per kg of solvent, is decreased. Furthermore, it was shown that if a small part of water is replaced by choline chloride, the CO2 solubility in the bulk, expressed in moles of CO2 per kg of solvent, is not significantly altered. Such replacement is expected to reduce the vapor pressure of the solvent and, since choline chloride is non-toxic, the new solvent is not expected to be more environmentally hazardous. Two main factors were taken into consideration when explaining the results: the effect of the choline chloride salt on the basicity of the solution and the new sites for physical interactions with CO2 that are introduced upon the addition of the salt. Furthermore, the addition of water favours the chemical absorption, as the experimental results show increased CO2 solubility, in terms of moles of the absorbed CO2 per mole of amine. However, the increased chemical absorption is not enough to compensate for the rather low CO2 solubility in water and, consequently, the overall absorption ability of the aqueous DES solution, expressed as moles of CO2 per kg of solvent, decreases. The modified Kent-Eisenberg model satisfactorily correlates the experimental data showing deviations that range between 0.4 – 6.6% in all cases. The model predictions for the speciation of the loaded solutions reveal that the unreacted amine content is very low at CO2 partial pressures of 1 kPa and that the increase of CO2 solubility at higher partial pressures is attributed to the hydrolysis of the carbamate and the molecular CO2 dissolution. Finally, two ionic liquids (IL) were used for the preparation of cellulose acetate (CA)-IL composite membranes for potential CO2 capture applications, ChGly and [Bmim][HSO4], since they present adequate CO2 dissolution ability (Chapter 6). The first IL is commercially available, whereas the latter, ChGly, was synthesized via an innovative process (Chapter 5), as mentioned above. Several composite membranes were prepared through the solvent casting technique and characterized by a variety of methods including, thermogravimetry, calorimetry, FTIR spectroscopy and X-ray diffraction. The CO2 sorption in the composite membranes was experimentally measured using the Mass-Loss-Analysis (MLA) technique. The characterization results showed that ILs strongly interact with the C=O groups of CA, which exhibit high affinity with CO2. Upon the addition of an IL in the polymer, there is an interplay of favorable CA-IL interactions acting competitively to the favorable CO2-CA and CO2-IL intermolecular interactions. Such behavior results in the appearance of extrema, if the CO2 sorption is plotted against the IL content, i.e., a maximum appears for the ChGly containing membranes and a minimum for the [Bmim][HSO4], containing membranes. In all cases, ChGly membranes present higher CO2 solubility than neat CA and [Bmim][HSO4] containing membranes. Besides these aspects, ChGly exhibits additional advantages over the other IL, such as non-toxicity, biodegradability and low cost of the precursor chemicals. Thus, it seems that the combination of ChGly with the eco-friendly and low-cost CA is a promising approach for effective and sustainable CO2 capture applications.

Η απομάκρυνση του CO2, η οποία εφαρμόζεται σε διεργασίες όπως ο διαχωρισμός του CO2 από το φυσικό αέριο, ή ο διαχωρισμός CO2/N2 από ρεύματα αερίων καύσης σε εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, είναι μεγάλης σημασίας για τεχνικούς, οικονομικούς και περιβαλλοντικούς λόγους. Ανάμεσα στις διαθέσιμες τεχνολογίες δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα, η χημική ρόφηση με χρήση υδατικών διαλυμάτων αμινών θεωρείται η περισσότερο βιώσιμη και ώριμη τεχνολογία, λόγω της εκτεταμένης χρήσης της στη βιομηχανία του φυσικού αερίου. Ωστόσο, η μέθοδος αυτή εμφανίζει περιορισμούς, όπως σημαντικές απώλειες διαλύτη, λόγω πτητικότητας και οξείδωσης, και υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις για την αναγέννησή του. Ποικιλία διαλυτικών συστημάτων έχει προταθεί για να υπερκεραστούν αυτά τα μειονεκτήματα, όπως καινοτόμες αμίνες, μίγματα αμινών και μίγματα αμινών με ιοντικά υγρά, ή διαλύτες βαθέως ευτηκτικού σημείου (deep eutectic solvents, DES). Εναλλακτική, πολλά υποσχόμενη, μέθοδος για την απομάκρυνση του CO2 είναι η χρήση πολυμερικών μεμβρανών, λόγω πλεονεκτημάτων ως προς την παραδοσιακή χημική ρόφηση, όπως οι χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις και η εύκολη εγκατάσταση και συντήρηση του εξοπλισμού. Ωστόσο, η ευρεία χρήση των πολυμερικών μεμβρανών περιορίζεται, κυρίως λόγω της χαμηλής αποτελεσματικότητας διαχωρισμού και της φτωχής σταθερότητάς τους. Ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα είναι η πλαστικοποίηση αυτών των μεμβρανών παρουσία CO2, αλλά και συστατικών υψηλής πλαστικοποιητικής ικανότητας όπως το εξάνιο και το τολουόλιο, τα οποία εμπεριέχονται σε ορισμένα αέρια ρεύματα. Η εισαγωγή υγρού διαλύτη σε μια πολυμερική μεμβράνη είναι μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητάς της. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η πειραματική και θεωρητική μελέτη υγρών διαλυτών και πολυμερικών μεμβρανών για την αποτελεσματική απομάκρυνση του CO2 από βιομηχανικά ρεύματα αερίων. Στο πλαίσιο αυτό, τέσσερις προσεγγίσεις χρησιμοποιήθηκαν, τρείς σχετιζόμενες με την χημική ρόφηση του CO2 σε υγρούς διαλύτες και μία σχετιζόμενη με τον διαχωρισμό με χρήση μεμβρανών. Δώδεκα συστήματα μελετήθηκαν συνολικά. Η διδακτορική διατριβή χωρίζεται σε δύο μεγάλα μέρη. Το πρώτο αφορά στην εισαγωγή στο ερευνητικό αντικείμενο και τις χρησιμοποιούμενες τεχνικές (Κεφάλαια 1-3) και το δεύτερο αφορά στην πειραματική μελέτη (Κεφάλαια 4-7). Στο Κεφάλαιο 1 δίνεται μια σύντομη εισαγωγή στους χρησιμοποιούμενους διαλύτες, οι οποίοι μπορεί να παρουσιάζουν φυσική ή/και χημική ρόφηση, και στις χρησιμοποιούμενες πολυμερικές μεμβράνες για διαχωρισμό του CO2. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι πειραματικές μέθοδοι χαρακτηρισμού των υλικών και μια ανασκόπηση των μεθόδων μέτρησης της διαλυτότητας σε υγρούς διαλύτες και σε πολυμερικές μεμβράνες (Κεφάλαιο 2). Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της διαλυτότητας του CO2 σε υγρούς διαλύτες, η οποία βασίζεται στη μέθοδο πτώσης πίεσης, καθώς και το θεωρητικό υπόβαθρο της θερμοδυναμικής μοντελοποίησης. Ως προς το ερευνητικό μέρος, μετρήθηκε πειραματικά η διαλυτότητα του CO2 σε υδατικά διαλύματα καθαρών αμινών και ένα θερμοδυναμικό μοντέλο εφαρμόστηκε για την θεωρητική περιγραφή της (Κεφάλαιο 4). Τα αποτελέσματα αυτά χρησιμοποιήθηκαν για την πρόβλεψη της διαλυτότητας σε διαλύματα μιγμάτων αμινών (Κεφάλαιο 4). Το ανεπτυγμένο για τα μίγματα αμινών μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για την περιγραφή της διαλυτότητας σε πιο πολύπλοκα συστήματα, όπως υδατικά διαλύματα ιοντικών υγρών-αμινών ή διαλύτες βαθέως ευτηκτικού σημείου (Κεφάλαιο 5). Η γλυκινική χολίνη (choline glycine, ChGly), ένα γνωστό μη τοξικό και βιοαποικοδομήσιμο ιοντικό υγρό, ήταν ο συνδετικός κρίκος μεταξύ των δύο πειραματικών μερών της διατριβής, της χημικής ρόφησης σε υγρούς διαλύτες και του διαχωρισμό με μεμβράνες. Η ChGly συνετέθη μέσω μιας καινοτόμου διαδικασίας, χρησιμοποιώντας για πρώτη φορά χλωριούχο χολίνη ως πρώτη ύλη, και χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή μιγμάτων ιοντικών υγρών-αμινών (Κεφάλαιο 5) και ως πρόσθετο σε μεμβράνες οξικής κυτταρίνης (Κεφάλαιο 6). Τέλος, στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της διατριβής και διατυπώνονται οι προτάσεις για μελλοντικές εργασίες. Στις επόμενες παραγράφους, παρουσιάζονται τα κύρια σημεία της έρευνας.Αρχικά, στην παρούσα μελέτη, μετρήθηκε πειραματικά η διαλυτότητα του του CO2 σε υδατικά διαλύματα 2-αμινο-2-μεθυλο-1-προπανόλης (2-amino-2-methyl-1-propanol, AMP) και 3-μεθυλοαμινο-προπυλαμίνης (3-methylaminopropylamine, MAPA), οι οποίες πρόσφατα προτάθηκαν ως συστατικά καινοτόμων συστημάτων αλλαγής φάσης, σε θερμοκρασίες 298, 313, 323 και 333 K και σε ευρύ πεδίο πιέσεων μέχρι περίπου 700 kPa (Κεφάλαιο 4). Εφόσον τα διαθέσιμα βιβλιογραφικά πειραματικά δεδομένα για υδατικά διαλύματα MAPA είναι πολύ περιορισμένα, τα πειραματικά αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα βιβλιογραφικά δεδομένα μόνο για τα υδατικά διαλύματα AMP και προέκυψε σχετικά ικανοποιητική συμφωνία.Για τη θεωρητική περιγραφή των πειραματικών δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν η καταστατική εξίσωση CPA και το τροποποιημένο μοντέλο Kent-Eisenberg (Κ-Ε). Στη συνέχεια, νέα πειραματικά δεδομένα εξήχθησαν για τη διαλυτότητα του CO2 σε υδατικά διαλύματα μιγμάτων των αλκανολαμινών 3-αμινο-1-προπανόλη (3-amino-1-propanol, MPA), AMP και μεθυλοδιαιθανολαμίνη (Methyldiethanolamine, MDEΑ) σε θερμοκρασίες 298, 313, 323 και 333K και πιέσεις μέχρι 800 kPa (Κεφάλαιο 4). Το τροποποιημένο μοντέλο Kent-Eisenberg (Κ-Ε), παραμετροποιηθέν μόνο με πειραματικά δεδομένα για διαλύματα καθαρών αμινών, εφαρμόστηκε, ακολούθως, για την πρόβλεψη της ρόφησης CO2 σε διαλύματα μιγμάτων αμινών. Οι προβλέψεις του τροποποιημένου μοντέλου K-E εμφάνισαν ικανοποιητική συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα αυτής της εργασίας με μέση απόλυτη απόκλιση μεταξύ 2-5 %. Επιπροσθέτως, μελετήθηκε η επίδραση της περιεκτικότητας της αμίνης στη ροφητική ικανότητα μιγμάτων ιοντικών υγρών-αμινών (Κεφάλαιο 5). Δύο ιοντικά υγρά χρησιμοποιήθηκαν, το όξινο θειικό 1-βουτυλο-3-μεθυλο-ιμιδαζόλιο (1-butyl-3-methylimidazolium hydrogen sulfate, [Βmim][HSO4]) και η ChGly. Παρουσιάστηκαν νέα πειραματικά δεδομένα για δύο υδατικά διαλύματα [Bmim][HSO4] + AMP, ένα [Bmim][HSO4] + MAPA και δύο ChGly + AMP, τα οποία μοντελοποιήθηκαν με χρήση του τροποποιημένου μοντέλου K-E. Για τα περιέχοντα [Bmim][HSO4] διαλύματα αποδείχτηκε ότι, ξεκινώντας από ένα υδατικό διάλυμα αμίνης, η αντικατάσταση μικρής ποσότητας αμίνης από ChGly μειώνει σημαντικά τη διαλυτότητα του CO2, εκφρασμένη σε mole CO2 ανά mole αμίνης, και την διαλυτότητα του CO2 με όρους mole CO2 ανά kg διαλύτη. Αντίθετα, για τα περιέχοντα ChGly διαλύματα παρατηρήθηκε ότι η διαλυτότητα του CO2, εκφρασμένη σε mole CO2 ανά mole αμίνης, ενισχύθηκε με αντικατάσταση ποσότητας αμίνης στα υδατικά διαλύματα αυτής από ChGly. Επιπροσθέτως, αποδείχθηκε ότι, αν μικρή ποσότητα νερού αντικατασταθεί από ChGly, η διαλυτότητα του CO2 με όρους mole CO2 ανά kg διαλύτη δεν μεταβάλλεται σημαντικά. Τέτοιου είδους αντικατάσταση αναμένεται να μειώσει την τάση ατμών του διαλύτη και, εφόσον η ChGly δεν είναι τοξική, ο νέος διαλύτης δεν αναμένεται να είναι περισσότερο επιβλαβής για το περιβάλλον. Δυο παράγοντες θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων, η επίδραση του άλατος (ιοντικό υγρό) στον βασικό χαρακτήρα του διαλύματος, καθώς και οι νέες διαθέσιμες θέσεις ρόφησης λόγω της εισαγωγής του άλατος. Το τροποποιημένο μοντέλο Κ-Ε περιγράφει ικανοποιητικά τα πειραματικά δεδομένα, καθώς οι αποκλίσεις των υπολογιζόμενων τιμών από τις πειραματικές τιμές κυμαίνονται μεταξύ 2.0 – 11.6% σε όλες τις περιπτώσεις. Από τις προβλέψεις του μοντέλου για τη συγκέντρωση των διάφορων χημικών ειδών ενυπαρχόντων στην υγρή φάση ανακύπτει ότι η συγκέντρωση της «ελεύθερης» αμίνης είναι εξαιρετικά χαμηλή ήδη από τα 1 kPa. Συνεπώς, η αύξηση της διαλυτότητας CO2 σε υψηλότερες μερικές πιέσεις αποδίδεται κυρίως στην υδρόλυση του καρβαμιδίου και στη μοριακή διάλυση του CO2. Επιπλέον, διερευνήθηκε η επίδραση του νερού και της χλωριούχου χολίνης (choline chloride, ChCl) στη ροφητική ικανότητα ως προς το CO2 διαλυτών DES με βάση αμίνες (Κεφάλαιο 5). Παρουσιάζονται νέα πειραματικά δεδομένα για τέσσερα υδατικά διαλύματα ChCl-MPA και για ένα υδατικό διάλυμα ChCl-MAPA, τα οποία επακολούθως, μοντελοποιήθηκαν με χρήση του τροποποιημένου μοντέλου K-E. Αποδείχτηκε ότι, ξεκινώντας από ένα υδατικό διάλυμα αμίνης, η αντικατάσταση μικρής ποσότητας MPA από ChCl αυξάνει ελαφρώς τη διαλυτότητα του CO2, με όρους mole CO2 ανά mole αμίνης, ενώ η αντικατάσταση ποσότητας MΑPA από ChCl δεν μεταβάλλει σημαντικά την διαλυτότητα του CO2. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι αν μικρή ποσότητα νερού αντικατασταθεί από ChGly, η διαλυτότητα του CO2 με όρους mole CO2 ανά kg διαλύτη δεν μεταβάλλεται σημαντικά. Τέτοιου είδους αντικατάσταση αναμένεται να μειώσει την τάση ατμών του διαλύτη και, εφόσον η ChGly δεν είναι τοξική, ο νέος διαλύτης δεν αναμένεται να είναι περισσότερο επιβλαβής για το περιβάλλον. Δυο παράγοντες θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων, η επίδραση του άλατος (ιοντικό υγρό) στον βασικό χαρακτήρα του διαλύματος, καθώς και οι νέες διαθέσιμες θέσεις για ρόφηση, λόγω της εισαγωγής του άλατος. Επιπροσθέτως, η προσθήκη νερού ευνοεί τη χημική ρόφηση του CO2, καθώς τα αποτελέσματα δείχνουν αύξηση της διαλυτότητας του CO2, εκφρασμένη σε mole CO2 ανά mole αμίνης, Ωστόσο, η αυξημένη χημική ρόφηση δεν είναι ικανή να υπερνικήσει τη σχετικά χαμηλή διαλυτότητα του CO2 στο νερό με επακόλουθη μείωση της συνολικής ροφητικής ικανότητας των υδατικών διαλυμάτων DES, με όρους mole CO2 ανά kg διαλύτη. Το τροποποιημένο μοντέλο Kent-Eisenberg περιγράφει ικανοποιητικά τα πειραματικά δεδομένα, καθώς οι αποκλίσεις των υπολογιζόμενων τιμών από τις πειραματικές κυμαίνονται μεταξύ 0.4 – 6.6 % σε όλες τις περιπτώσεις. Από τις προβλέψεις του μοντέλου για τη συγκέντρωση των διάφορων ενυπαρχόντων στην υγρή φάση χημικών ειδών ανακύπτει ότι η συγκέντρωση της «ελεύθερης» αμίνης είναι εξαιρετικά χαμηλή ήδη από τα 1 kPa. Συνεπώς, η αύξηση της διαλυτότητας του CO2 σε υψηλότερες μερικές πιέσεις αποδίδεται κυρίως στην υδρόλυση του καρβαμιδίου και στη μοριακή διάλυση του CO2.Δύο ιοντικά υγρά χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή σύνθετων μεμβρανών οξικής κυτταρίνης (cellulose acetate, CA)-ιοντικού υγρού καθώς εμφανίζουν επαρκή διαλυτική ικανότητα (Κεφάλαιο 6). Το πρώτο ιοντικό υγρό είναι εμπορικά διαθέσιμο, ενώ η ChGly συνετέθη μέσω μιας καινοτόμου διαδικασίας, όπως αναφέρθηκε πιο πάνω. Παρασκευάστηκαν αρκετές σύνθετες μεμβράνες με χρήση της μεθόδου εναπόθεσης από διάλυμα και χαρακτηρίστηκαν με ποικιλία μεθόδων, συμπεριλαμβανομένων της θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης, της θερμιδομετρίας σάρωσης, της φασματοσκοπίας FTIR και της περιθλασιμετρίας XRD. Η ρόφηση του CO2 μετρήθηκε πειραματικά με χρήση της μεθόδου ανάλυσης απώλειας μάζας (Mass-Loss-Analysis, MLA). Τα αποτελέσματα χαρακτηρισμού έδειξαν ότι τα ιοντικά υγρά αλληλεπιδρούν ισχυρά με τις καρβονυλομάδες, C=O, της CA οι οποίες εμφανίζουν υψηλή ρόφηση CO2. Με την προσθήκη ενός IL στο πολυμερές, αναπτύσσονται ευνοϊκές αλληλεπιδράσεις CA-IL, οι οποίες δρουν ανταγωνιστικά προς στις ευνοϊκές διαμοριακές αλληλεπιδράσεις CO2-CA και CO2-IL. Μια τέτοια συμπεριφορά έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση ακροτάτων όταν η ρόφηση του CO2 εκφραστεί συναρτήσει της περιεκτικότητας σε ιοντικό υγρό, δηλ. εμφανίζεται μέγιστο για τις περιέχουσες ChGly μεμβράνες και ελάχιστο για τις περιέχουσες [Bmim][HSO4] μεμβράνες. Σε όλες τις περιπτώσεις, το CO2 παρουσιάζει υψηλότερη διαλυτότητα στις μεμβράνες ChGly από ό,τι στις μεμβράνες καθαρής CA και CA-[Bmim][HSO4]. Πέρα από αυτά τα χαρακτηριστικά, η ChGly εμφανίζει επιπρόσθετα πλεονεκτήματα σε σχέση με τα άλλα ιοντικά υγρά, όπως μη τοξικότητα, βιοαποικοδομησιμότητα και μικρό κόστος πρώτων υλών. Επομένως, φαίνεται ότι ο συνδυασμός της ChGly με την επίσης μη τοξική και μικρού κόστους CA είναι μια φιλική προς το περιβάλλον υποσχόμενη προσέγγιση για αποτελεσματικό και βιώσιμο διαχωρισμό του CO2 στις διάφορες βιομηχανικές διεργασίες.