Etiléndiamin és etanolamin szuperkritikus szén-dioxid megkötésével képződő ammónium-karbamátjainak analitikai jellemzése és termoanalitikai vizsgálata
Rácz Norbert, IV. évf. BSc
Témavezető: Dr. Madarász János egyetemi docens
BME Szervetlen és Analitikai kémiai Tanszék
Konzulens: Kózelné Dr. Székely Edit egyetemi docens
BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék
Első és másodrendű aminok széndioxid megkötésével ammónium-karbamát típusú ionos vegyületekké alakulhatnak. Az etiléndiamin (’en’) esetén egyenesen ikerionos szilárd só keletkezése várható, mivel a szakirodalomban két kristályos módosulatát is leírták. Etanolamin (2-aminoethanol, ’ea’) ammónium-karbamát típusú szilárd vegyületét eddig még nem említették, viszont az etanolaminos vizes oldatokat füstgázok széndioxid-tartalmának ellenáramú extrakciós műveletben végzendő csökkentésére ipari méretű alkalmazásokat is javasoltak, ahol az aminok termikus regenerációval történő visszanyerése a széndioxid újra felhasználása mellett is megfontolandó lépés lehetne.
Munkám során a fenti két elsőrendű amin ammónium-karbamát típusú sójának (az etanolammónium-etanolamin-karbamátnak [eaH]+[ea_CO2]- és az ikerionos etiléndiamin-karbamátnak [en_CO2]) előállítását és termikus stabilitásának vizsgálatát tűztem ki célul. A vegyületek előállítására szuperkritikus széndioxidot használtam, amit egy nyomás- és hőmérséklet szabályozott reaktorban reagáltattam a kiindulási folyadék aminnal. Míg az etiléndiamin esetén szilárd termékeket nyertem (s.g. 33-as térszerkezetű rombos kristályos vegyületet), addig az etanolamin esetén viszkózus folyadékot. Ezeket a termékeket Fourier transzformációs infravörös spektroszkópiával (FTIR) és por-röntgendiffrakciós módszerrel (XRD) vizsgáltam meg, és referencia spektrumok, ill. diffrakciós képek alapján igyekeztem azonosítani, így a folyékony etanolammónium-etanolamin-karbamátként ([eaH]+[ea_CO2]-) ionos folyadékot sikerült kapnom. Az „en” és „ea” aminmolekulára vonatkoztatottan egy, ill. fél széndioxid molekulát megkötött termékek stabilitását, termikus bomlását szimultán termogravimetriás és differenciál-termoanalízises (TG/DTA) berendezésben vizsgáltam, illetve egyidejűleg a termomérlegekhez kapcsolt kvadrupól tömegspektrométerrel (TG/DTA-MS) és Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópiás gázcella (TG-FTIR) segítségével fejlődőgáz-elemzéseket (EGA) is végrehajtottam. Azt találtam, hogy az ikerionos en_CO2-ra egylépcsős bomlás jellemző, függetlenül a tégely típusától (nyitott platina vagy zárt, de tűvel kilyukasztott alumínium) és a bemérési tömegtől. Ezzel szemben az “ionos folyadék” [eaH]+[ea_CO2]- mintánál a két tégelyben eltérő dinamikát mutat a TG görbe. Míg a nyitott Pt-tégelyben az en_CO2-hoz hasonlóan egylépcsős bomlás észlelhető, addig a zárt tégelyben az etanolamin forrpontjához közel (valószínűleg katalitikus) krakkolódás és átmeneti kátrányosodás következik be, és mivel az új kondenzált köztes termékek az emelkedő hőmérséklet hatására már tovább is degradálódnak, a tömegvesztés-dinamikája lelassul, furcsa változásokat mutat, törések (hullámzások) keletkeznek a TG(DTG) görbéken, így a kapcsolt EGA-FTIR spektroszkópiás integrált abszorbancián alapuló CO2- és szervesgőz-fejlődésmenetek szétválnak, sőt az EGA-MS spektrumokban megjelennek nagyobb szénatomszámú komponensek is.
