Análisis Molecular del Desempeño de la Di-isopropanolamina DIPA en el Proceso de Adsorción de Gases Ácidos

Abstract

En la presente tesis se ha realizado un estudio de estructura electrónica y reactividad química mediante el uso de cálculos computacionales basados en la Teoría de Funcionales de la Densidad. Esta teoría es un procedimiento variacional alternativo a la solución de la ecuación de Schrodinger, donde el funcional de la energía electrónica es minimizado con respecto a la densidad electrónica. Posterior a obtener de la estructura energéticamente más estable con DFT, se llevó a cabo un análisis de reactividad química a partir del cálculo de las funciones de Fukui, se cálculo la energía de los orbitales moleculares HOMO y LUMO así como el potencial electrostático molecular. Como la densidad electrónica es una propiedad topología muy importante en una molécula y puede ser estudiada con base en sus puntos críticos que se caracterizan porque el gradiente de la densidad electrónica en estos puntos es igual cero. Por lo cual, se llevo a cabo un análisis del gradiente de densidad reducida también conocido como índice de interacciones no covalentes (NCI) de la DIPA y las alcanolaminas como la monoetanolamina, dietalonamina, trietanolamina y dimetiletanolamina en fase gas y con moléculas de agua y sulfuro de hidrógeno previamente optimizado con la aproximación M06-2X/6-311++G**. Esto nos permite comparar la eficiencia de la molécula DIPA con respecto a la capacidad de adsorción de gases ácidos de soluciones acuosas con las otras alcanolaminas. Se tiene la sospecha que los grupos metilo aumentan la capacidad de adsorber gases ácidos en las soluciones acuosas, y nuestro interés descansa en averiguar si esto sucede y en entender los procesos que tiene lugar. Los resultados muestran que la estabilidad de las alcanolamionas, excepto la MEA, se debe a la presencia de un puente de hidrógeno intramolecular que favorece estructuras similares a un anillo. Todas las moléculas son afinas al agua y aumentan la estabilidad de los puentes de hidrogeno intramoleculares. Mientras que en presencia de sulfuro de hidrógeno se observa la siguiente secuencia MDEA > MEA > DIP A > DEA > T EA. Esta secuencia nos indica que en la interacción de las aminas con sulfuro de hidrógeno, la formación de puentes de hidrógeno es más fuerte en MDEA y mas débil en la TEA, ademas incrementaron las interacciones de Van der Wals. Por otra parte, se obtuvieron los parámetros del potencial intramolecular (conjunto de parámetros geométricos: distancias de enlace, ángulos de enlace y ángulos de torsión) así como las cargas a partir del análisis de población con el criterio de Bader HIRSHFELD y CHELPG para la DIPA. Se realizaron simulaciones de dinámica molecular del sistema acuoso y se analiza la adsorción de gases ácidos en la interfase lıquido-vapor. Como resultado se observa que la DIPA da mejor resultado para atrapar una mayor cantidad de dióxido de carbono en comparación con los resultados que se obtienen con la DEA bajo las mismas condiciones.