Research Article

Use of suspensions of phytosterol microparticles to improve the solubility of methane in water^☆

¹ Laboratoire de Chimie Agro-industrielle, LCA, Toulouse INP, INRAE, Université de Toulouse, Toulouse, France
² Toulouse Biotechnology Institute, TBI, INSA, Université de Toulouse, Toulouse, France
³ Dina BioRes# Chem, 10 rue Simone Henry, 31 200 Toulouse, Toulouse, France

^* Corresponding author: romain.valentin@ensiacet.fr

Received: 23 July 2024
Accepted: 27 November 2024

Abstract

Methane, an abundantly produced greenhouse gas, is a major driver of global climate change. The development of sustainable processes for methane capture is limited by the poor solubility of this organic compound in water, but this solubility can be increased by adding other compounds to the aqueous solution. Here, we studied the solubility of methane in aqueous dispersions containing lipid microparticles of phytosterols—a group of sterol compounds from plants—at room temperature and atmospheric pressure. The solubility of the phytosterols in water was improved chemically, by functionalization with glycerol carbonate in solvent-free conditions, and physically, by antisolvent precipitation to form particles in water. We evaluated the influence of phytosterol microparticles on methane solubility in water by monitoring the apparent partition coefficient between the gas and liquid phases defined by Henry’s law. Phytosterol functionalization generated amphiphilic phytosterols with glycerol branches, which were characterized by FTIR and MALDI-TOF. These amphiphilic phytosterols formed particles of 2 and 12 μm in diameter on antisolvent precipitation. Systems containing phytosterol microparticles had a partition coefficient half that of the corresponding control. The gas-liquid equilibrium was, therefore, shifted to the liquid state, demonstrating that the solubility of methane in water was improved by phytosterol microparticles.

Résumé

Utilisation de suspensions de microparticules de phytostérols pour améliorer la solubilité du méthane dans l’eau. Le méthane, un gaz à effet de serre produit en abondance, est un facteur majeur du changement climatique mondial. Le développement de procédés durables de captage du méthane est limité par la faible solubilité de ce composé organique dans l’eau, mais cette solubilité peut être augmentée en ajoutant d’autres composés à la solution aqueuse. Ici, nous avons étudié la solubilité du méthane dans des dispersions aqueuses contenant des microparticules lipidiques de phytostérols − un groupe de composés stérols issus de plantes − à température ambiante et à pression atmosphérique. La solubilité des phytostérols dans l’eau a été améliorée chimiquement, par fonctionnalisation avec du carbonate de glycérol dans des conditions sans solvant, et physiquement, par précipitation pour former des particules dans l’eau. Nous avons évalué l’influence des microparticules de phytostérols sur la solubilité du méthane dans l’eau par détermination de son coefficient de partage apparent entre les phases gazeuse et liquide comme défini par la loi de Henry. La fonctionnalisation des phytostérols a généré des phytostérols amphiphiles, caractérisés par FTIR et MALDI-TOF. Ces phytostérols amphiphiles forment dans l’eau des particules de 2 et 12 μm de diamètre par précipitation dans un anti-solvant. Les systèmes contenant des microparticules de phytostérols présentent un coefficient de partage moitié inférieur à celui du contrôle. L’équilibre gaz-liquide a donc été déplacé vers l’état liquide, démontrant que la solubilité du méthane dans l’eau est améliorée par les microparticules de phytostérols.