Caractérisation des solvants régénérables utilisés pour la capture du CO2 par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse

Malgré l’émergence des énergies renouvelables, les combustibles fossiles composent encore la majeure partie de la production d’énergie au Canada. Afin de limiter la production de gaz à effet de serre, qui est régis par plusieurs lois gouvernementales, l'industrie utilise des solvants aqueux aminés régénérables pour la capture du CO2. La caractérisation des produits de dégradation de ces solvants après plusieurs cycles de régénération est essentielle afin de vérifier leurs efficacités. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur le développement d’une méthode d'analyse par chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) afin de séparer toutes les espèces connues dans les différentes solutions de régénération. Pour ce faire, la détermination de la meilleure phase stationnaire, parmi les cinq qui ont été préalablement choisies, a été réalisée afin de sélectionner celle qui offre la meilleure séparation pour un mélange, à une concentration établie, de 16 composés de dégradations connus et de la molécule de capture. À l’aide de critères de performances préétablis et de cinq différentes compositions de phases mobiles, trois phases stationnaires ont été retenues pour une optimisation des paramètres de séparations chromatographiques (force ionique de la phase mobile, débit de la phase mobile, gradient d’élution, etc.). Cette optimisation des paramètres expérimentaux a été réalisée afin de déterminer les conditions chromatographiques qui donnent la meilleure séparation des différents analytes cibles dans les échantillons fournis en gradient d’élution non-linéaire sur 13 min avec une phase mobile constituée de l’éluant A (10 mM de formate d’ammonium, 0,05 % d’acide formique et 5% éthanol) et de l’éluant B (acétonitrile avec 5% éthanol) à un débit de 0,5 µL/min et une température de 30C. Cette étape a été réalisée sur deux phases stationnaires, la Luna CN de Phénoménex et la BEH Amide de Waters ayant les dimensions respectives de 100 x 30 mm x 3,0 μm et 100 x 30 mm x 2,5 μm. À l’aide de cette dite méthode, il sera possible d’identifier de nouvelles espèces présentes dans ces solutions régénérables à l’aide de la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS). Dans cette optique, la méthode optimisée sera transférée au laboratoire de notre partenaire industriel, ce qui leur permettra d’optimiser les différents processus de capture et de régénération qu’ils utilisent dans le but d’obtenir une meilleure efficacité de capture du carbone à des fins économiques et environnementales. Despite the emergence of renewable energy, fossil fuels still make up the bulk of Canada's energy production. In order to limit the production of greenhouse gases, which is governed by several government laws, the industry uses regenerable amine solvents for CO2 capture. The characterization of these solvents and their degradation products that have not yet been identified during the isolation (or sequestration) of CO2 is essential in order to verify their efficiencies. The research presented in this thesis is about the development of a liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analytical method to separate all known species in the different regenerable amine solvents. To do this, the determination of the best of the five stationary phases that were previously selected was performed in order to select the one that offers the best separation of a mixture of 16 known degradation products and the capture solvent at an established concentration. Using pre-established performance criteria and five different mobile phase conditions, three stationary phases were selected for optimization of chromatographic separation parameters (mobile phase composition, mobile phase flow rate, elution gradient, etc.). The optimization of the various instrumental parameters was carried out in order to determine the stationary phase which gives the best separation of the different target analytes in the samples provided according to these criteria. Using this method, it will be possible to identify new species present in these solutions using high resolution mass spectrometry (HRMS). The transfer of the optimized method to our industrial partner's laboratory will be carried out after the final validation of the method so that the analyses made in their laboratory will allow them to monitor and quantify the known analytes with a better sensitivity more quickly and more efficiently. This will allow them to optimize the different amine solvents they use in the short term to achieve better carbon capture efficiency for economical and environmental purposes.

Keyphrases: LC-MS, Développement de méthode, Solvants aminés aqueux, Produits de dégradation, Capture de carbone, LC-MS, Method development, Aqueous amine solvents, Degradation products, CO2 capture