Soluções alcoólicas zwitteriônicas para captura e hidrogenação integradas de dióxido de carbono

Abstract

Essa dissertação apresenta o desenvolvimento de um processo integrado de captura e conversão de CO2 utilizando bases zwitteriônicas (BZs) em solventes alcoólicos. As BZs, compostas por um cátion 1,3-dimetilimidazólio covalentemente ligado a um grupo fenolato, reagem com CO2 para formar alquilcarbonatos (AQCs) em meio alcoólico. Esses AQCs são então hidrogenados a formiato. O sistema demonstrou alta eficiência, com captura de CO2 de até 70% em relação às BZs e conversão quantitativa dos AQCs a formiato sob condições brandas (50 °C e 10 bar de H2). A otimização do processo, empregando isopropanol como solvente e o catalisador cis-[Ru(dppm)2Cl2], levou a um rendimento de 97% em formiato, com um TOF de 660 h-1, posicionando-se entre os sistemas ICCU mais ativos já reportados. A comparação entre BZs e aminas terciárias tradicionais com o pKa do ácido conjugado da base (pKaH) semelhante evidenciou a superioridade das BZs na captura e conversão de CO2. Enquanto as BZs foram altamente eficientes na formação de AQCs nos diferentes álcoois testados, as aminas terciárias capturaram apenas pequenas quantidades de CO2, liberando-o rapidamente. Esses resultados destacam a versatilidade e a eficiência das BZs como promissoras alternativas para processos ICCU, combinando captura eficiente de CO2 com sua conversão subsequente a produtos de valor agregado.

This dissertation presents the development of an integrated CO₂ capture and conversion process using zwitterionic bases (BZs) in alcoholic solvents. The BZs, consisting of a 1,3-dimethylimidazolium cation covalently bonded to a phenolate group, react with CO₂ to form alkyl carbonates (AQCs) in an alcoholic medium. These AQCs are then hydrogenated to formate. The system demonstrated high efficiency, with CO₂ capture reaching up to 70% relative to the BZs and quantitative conversion of AQCs to formate under mild conditions (50 °C and 10 bar H₂). Process optimization, using isopropanol as the solvent and the **cis**-[Ru(dppm)₂Cl₂] catalyst, led to a 97% yield in formate, with a TOF of 660 h⁻¹, ranking among the most active ICCU systems reported to date. The comparison between BZs and conventional tertiary amines with similar conjugate acid pKa (pKaH) highlighted the superior performance of BZs in CO₂ capture and conversion. While BZs efficiently formed AQCs in various tested alcohols, tertiary amines captured only small amounts of CO₂, releasing it rapidly. These results underscore the versatility and efficiency of BZs as promising alternatives for ICCU processes, combining efficient CO₂ capture with its subsequent conversion into value-added products.