Identification des produits de dégradation d’un solvant aminé régénérable permettant la capture de CO2

Le réchauffement de la planète est une préoccupation mondiale à notre époque. Celui-ci peut s’expliquer en partie par les grandes émissions de CO2 dans l’atmosphère depuis le début de l’industrialisation. Parmi les plus grands émetteurs de CO2, il y a entre autres les véhicules motorisés, le chauffage au charbon et les raffineries de pétrole. Depuis quelques années, un processus commence à être utilisé pour réduire les émissions de CO2 atmosphérique. Ce processus est la capture du CO2 par des solvants aminés régénérables. Dans le cadre de ma recherche, des échantillons d’un solvant aminé qui ont subi un traitement de capture et de régénération du CO2 et qui ont passé différents temps dans ces processus ont été analysés pour déterminer les différents produits de dégradation de ce solvent. L’identification des produits de dégradation permet d’optimiser la méthode de capture du CO2 pour éviter leur production et donc garder son efficacité le plus longtemps possible. La chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) a été utilisée pour séparer et identifier les différents produits de dégradation. L’utilisation de la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) a permis l’identification des formules chimiques les plus probables pour les produits de dégradation présents. L’ajout d’une cellule de collision à la HRMS a permis d’obtenir plus d’information par fragmentation sur les différents groupes fonctionnels et donc sur la structure des composés inconnus. Lorsque les structures possibles sont peu nombreuses pour une telle formule chimique, des étalons ont été utilisés pour comparer les spectres obtenus et confirmer les structures. Pour les composés ayant trop de possibilités de structures moléculaires, d’autres méthodes d’analyse ont été effectuées, telle la chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS), la spectrométrie à mobilité ionique et la spectroscopie à résonnance magnétique nucléaire (NMR) suite à une collecte de fractions en chromatographie liquide. Au final, aucun nouveau produit de dégradation n’a pu être identifié avec une certitude de 100 %. Le niveau de confiance envers la structure proposée est par contre assez élevé pour certains d’entre eux, mais la difficulté d’obtention d’étalons rend l’identification assez exigeante. L’ensemble de ces travaux de mémoire a été réalisé dans le cadre d’un partenariat industriel.  Une autre partie du projet était le développement d’une méthode pour détecter et quantifier deux N-nitrosamines à une concentration de 1 µg/L. La validation de la méthode pour la quantification des nitrosamines a également été effectuée. Les deux nitrosamines sont des résidus des processus de dégradation des amines du partenaire industriel et il est recommandé que leur concentration soit inférieure à 1 µg/L lors du rejet des eaux usées dans une étendue d’eau naturelle (US Environnemental Protection Agency). Il est donc important de les déterminer pour éviter de contaminer les cours d’eaux. La méthode développée utilise une extraction liquide sur support solide comme préparation d’échantillon ainsi qu’une méthode LC-MS pour la séparation et la quantification. La plus grande quantité retrouvée d’une des deux nitrosamines est de 7,30 µg/L, ce qui est légèrement au-dessus des recommandations.

Keyphrases: Spectrométrie de masse, Capture de CO2, Chromatographie liquide, Solvants aminés régénérables, Séparations analytiques