Propriedades volumétricas, viscosimétricas, acústicas e espectroscópicas de soluções líquidas binárias contendo gama-valerolactona (GVL) e álcoois

Abstract

Substâncias derivadas da biomassa têm chamado a atenção, uma vez que esses compostos pertencem ao grupo de solventes renováveis, cujas propriedades físico-químicas apresentam grande potencial para aplicações em diversas áreas da ciência e indústria, especialmente em biorrefinarias. Portanto, conhecer as propriedades termodinâmicas de sistemas contendo tais líquidos é de interesse prático, pois dados experimentais podem ser usados em modelagem a fim de aperfeiçoar processos ou ainda desenvolver e verificar novos modelos e teorias de soluções, as quais têm se mostrado bastante complexas. O presente projeto objetiva estudar propriedades termodinâmicas excesso, que quantificam o desvio da solução real em relação à ideal, e espectroscópicas de sistemas líquidos binários compostos por gama-valerolactona (GVL) + álcoois (etanol, 1-propanol, 1-butanol ou 1-pentanol). Para tanto, determinaram-se dados originais de densidade, velocidade do som e viscosidade dinâmica dessas soluções em toda faixa de composição e nas temperaturas T = (293,15 – 313,15) K, sob pressão atmosférica (92,3 kPa). Com estes dados experimentais, calcularam-se propriedades volumétricas como volume molar excesso (Vm E ), acústica tal como desvio da compressibilidade isentrópica (??S), viscosimétrica como desvio da viscosidade (??) e a energia de Gibbs de ativação de fluxo excesso (?G *E). Estas propriedades resultaram em valores negativos para todas as condições, exceto o Vm E , que foi totalmente negativo apenas para o sistema etanol-GVL. Para complementar a discussão termodinâmica, realizaram-se análises espectroscópicas por ressonância magnética nuclear (RMN-H 1 e RMN-C 13) e no infravermelho (ATR-FTIR), cujos espectros comprovaram a existência de ligação de hidrogênio fraca entre o GVL-álcool

Substances derived from biomass have called attention, once these compounds belong to the group of renewable solvents, whose physicochemical properties present great potential for applications in several areas of science and industry, namely in biorefineries. Therefore, thermodynamic properties of systems containing such liquids is of practical interest, because experimental data can be used in modeling in order to improve processes or yet to develop and verify new models and solution theories, which have shown their complexity. The present project aims at studying excess thermodynamic properties, that quantify the real solution deviation in comparison to the ideal one, and spectroscopic analyses of binary liquid systems constituted of gamma-valerolactone (GVL) + alcohols (ethanol, 1-propanol, 1-butanol or 1- pentanol). For this purpose, original values of density, speed of sound and dynamic viscosity were determined for these solutions in the whole composition range and in temperatures T = (293.15 – 313.15) K under ambient pressure (92.3 kPa). From these experimental results, it was possible to calculate volumetric properties such as excess molar volume (Vm E ), acoustic property as deviation in isentropic compressibility (??S), viscometric as deviation in viscosity (??) and excess Gibbs energy of activation of viscous flow (?G *E). These properties resulted in negative values at all conditions, except for Vm E , which was totally negative only in ethanol-GVL system. To complete the thermodynamic discussion, both nuclear magnetic resonance (1H-NMR and 13C-NMR) and infrared (ATR-FTIR) spectroscopies have been performed, whose spectra proved the existence of weak hydrogen bondings between GVLalcohol