Ηλεκτρανάκτηση αλουμινίου απ το ιοντικό ρευστό EMIM[HSO4]: Μια εναλλακτική πράσινη τεχνολογία για την παραγωγή αλουμινίου

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε με στόχο τη διερεύνηση της ηλεκτρανάκτησης του αλουμινίου από το ιοντικό ρευστό [EMIM]HSO4 (όξινο θειικό άλας του 1-αίθυλο-3-μέθυλο-ιμιδαζόλιου, 1-Ethyl-3-methylimidazolium hydrogen sulfate). Στη βιομηχανία, για την παραγωγή του αλουμινίου χρησιμοποιείται η μέθοδος Hall-Heroult μια διαδικασία ιδιαίτερα ενεργοβόρος, και με σημαντικές αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Τα αποτελέσματα των ερευνών που έχουν γίνει, δείχνουν ότι η εφαρμογή των ιοντικών ρευστών στην παραγωγή αλουμινίου αποτελεί μια πολύ ενδιαφέρουσα εναλλακτική για τις τεχνολογίες που εφαρμόζονται μέχρι σήμερα, κάτι που αποτέλεσε και το έναυσμα για την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Τα ιοντικά ρευστά είναι υγρά άλατα σε ένα μεγάλο εύρος θερμοκρασιών που περιλαμβάνει και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Θεωρούνται ιδανικοί διαλύτες λόγω της χαμηλής τάσης ατμών, του χαμηλού σημείου τήξης και της καλής διαλυτικής τους δράσης. Επίσης, έχουν χημική και φυσική σταθερότητα και μικρή τοξικότητα. Για τα πειράματα που διεξήχθησαν χρησιμοποιήθηκε το ιοντικό ρευστό [EMIM]HSO4. Αρχικά, έγινε ο χαρακτηρισμός του με μέτρηση της πυκνότητας, του ιξώδους και της ηλεκτρικής του αγωγιμότητας σε διάφορες θερμοκρασίες, και προσδιορίστηκε η θερμοκρασία διάσπασης του. Ακολούθως παρασκευάστηκαν διαλύματα [EMIM]HSO4 / Al συγκεκριμένων συγκεντρώσεων και μελετήθηκε η ηλεκτρική αγωγιμότητα του συστήματος [EMIM]HSO4 / Al σε διάφορες θερμοκρασίες. Τέλος, μελετήθηκε η ηλεκτροχημική συμπεριφορά του ιοντικού ρευστού [EMIM]HSO4 και του συστήματος [EMIM]HSO4 / Al με τη χρήση γραμμικής βολταμμετρίας. Από τα πειράματα αυτά, φάνηκε ότι υπάρχουν ενδείξεις για το ότι είναι εφικτή η ηλεκτρανάκτηση του αλουμινίου από το ιοντικό ρευστό EMIM[HSO4] και μάλιστα σε συνθήκες θερμοκρασίας δωματίου.

The objective of the present diploma thesis was the investigation of the electrodeposition of aluminium from the ionic liquid [EMIM]HSO4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium hydrogen sulfate). In industry, for the production of aluminium is being used the Hall-Heroult process, which is known to be highly energy consuming and has significant adverse environmental impacts. The result of the investigations carried out, show that the application of ionic liquids in the production of aluminium is a very interesting alternative to the technologies applied today, which was the motivation for preparing this thesis. Ionics liquids are liquid salts in a wide temperature range that includes room temperature. They are considered to be ideal solvents because of their low vapor pressure, low melting point and good solvating action. In addition, they exhibit good chemical and physical stability and low toxicity. For the experiments that were carried out was used the ionic liquid [EMIM]HSO4. Initially was made the characterization of the ionic liquid by measuring its density, viscosity and electrical conductivity at various temperatures, and by the determination of its decomposition temperature. Then were prepared solutions of [EMIM]HSO4 / Al with specific concentrations and was investigated the electrical conductivity of the system [EMIM]HSO4 / Al at different temperatures. Finally was investigated the electrochemical behavior of the ionic liquid [EMIM]HSO4 and the system [EMIM]HSO4 / Al using linear scan voltammetry. From these experiments was shown that there are indications that it is possible the electodeposition of aluminium from the ionic liquid [EMIM]HSO4 even at room temperature conditions.