Screening de líquidos iônicos à base de amônio como aditivos eletrolíticos na produção de hidrogênio via COSMO-RS

O estudo de soluções eletrolíticas para produção de hidrogênio requer compreensão aprofundada da solubilidade de aditivos iônicos. Líquidos iônicos (LIs), apesar de seu potencial, apresentam escassez de dados experimentais que permitam determinar parâmetros operacionais de forma confiável. Métodos preditivos como o COSMO-RS (Conductor-like Screening Model for Real Solvents), baseado em princípios de química quântica, oferecem uma alternativa viável para avaliar o equilíbrio de fases sem a necessidade de extensivos dados empíricos. Este trabalho empregou o modelo openCOSMO-RS para avaliar a solubilidade de LIs baseados em 2-hidroxietilamônio (2HEA) e 1,8-diazabicicloundec-7-eno (DBUH) com ânions fórmiato (for), acétato (ac) e butírato (but) em soluções de água e hidróxido de amônio (NH₄OH). Os perfis sigma necessários foram obtidos através de otimização molecular utilizando o software ORCA 6.1.0 e processados com bibliotecas Python especializadas. Os resultados demonstraram que misturas contendo LIs derivados de DBUH mantiveram fase única em todas as concentrações de NH₄OH testadas, indicando completa miscibilidade. Em contrapartida, LIs baseados em 2HEA apresentaram imiscibilidade em baixas concentrações de NH₄OH (inferiores a 0,5 M) e em água pura, com formação de múltiplas fases. A análise da energia de Gibbs de mistura normalizada revelou uma diminuição sistemática deste parâmetro com o aumento da concentração de NH₄OH, atingindo um valor mínimo de -5,38 J/mol para o sistema [DBUH][for] com fração molar de 0,4 de LI. Conclui-se que os LIs derivados de DBUH são mais adequados para aplicação como aditivos eletrolíticos em toda a faixa de concentração estudada, enquanto os baseados em 2HEA possuem aplicabilidade restrita a sistemas com concentrações moderadas a elevadas de NH₄OH. O modelo openCOSMO-RS mostrou-se uma ferramenta eficaz para a realização do screening das propriedades termodinâmicas dos LIs em soluções eletrolíticas.