Determinação experimental e modelagem de equilíbrio líquido-vapor (ELV) de sistemas água-bases zwitteriônicas (BZ)

O gás natural é considerado o combustível de origem fóssil menos poluente, o que o torna uma alternativa ambientalmente mais viável. Para sua valorização e adequada monetização, faz-se necessária a purificação para remoção de CO₂, sendo a absorção por aminas a tecnologia mais bem estabelecida em larga escala. No entanto, os processos com aminas apresentam desafios relacionados à corrosividade, às perdas por volatilização e ao alto custo energético de sua regeneração. Para contornar tais problemáticas, compostos zwitteriônicos (BZ-meta e BZ-para) – similares a líquidos iônicos, porém com ligações covalentes entre os íons – baseados em fenolatos e imidazólios, foram previamente desenvolvidos para a captura de CO₂ quando em solução aquosa, à semelhança das aminas, sendo fundamental o entendimento do equilíbrio líquido-vapor (ELV) de misturas BZ-água. O método higrométrico foi utilizado no levantamento dos dados experimentais, por meio de medidas de atividade de água (a_w) a 25 e 40 °C. O teor de água foi determinado por titulação de Karl Fischer. Parâmetros do modelo NRTL foram obtidos pelo ajuste aos dados experimentais, e a qualidade preditiva do modelo COSMO-SAC foi avaliada utilizando o software JCOSMO (CS25). Observou-se que ambos os compostos apresentam alta afinidade pela água, com desvios negativos em relação à lei de Raoult, devido às ligações de hidrogênio formadas entre o hidrogênio da água e o ânion fenolato das BZs. O modelo NRTL apresentou correlações ótimas com os dados experimentais (R² > 99,97%), com desvio relativo de 0,82%, enquanto o modelo preditivo COSMO-SAC apresentou desvio relativo de 2,82%, considerando-se ambos os sistemas e as temperaturas estudadas. Tais resultados são valiosos para o entendimento das interações entre BZs, água e, posteriormente, CO₂ e demais compostos envolvidos em processos de purificação do gás natural, bem como para a implementação de modelos de coeficiente de atividade precisos na modelagem desses processos.