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《天津大学》 2010年
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离子液体的制备、表征以及在催化燃油脱硫中的应用研究

王亚楠  
【摘要】:近年来,含硫污染物的排放越来越受到世界各国的普遍关注,对燃料油中硫化物含量的限制也越来越严格。作为一种新型的绿色有机溶剂,离子液体对传统脱硫手段难以去除的芳香型硫化物显示出较好的萃取效果,因此,离子液体脱硫已成为具有发展潜力的脱硫新方法。由于离子液体脱硫技术具有反应条件温和、无污染等特点,其已成为燃油脱硫技术中具有无限发展前途的新技术。 以价格相对低廉的吡啶为原料,设计合成了一系列具有不同阴阳离子结构的吡啶类离子液体,运用MS、FT-IR、UV等手段对其进行表征,确定了其结构组成,考察了这类离子液体的熔点、粘度、酸性、热稳定性等理化性质,并对不同阴阳离子结构对其性质的影响因素进行了初步分析,结果表明该类离子液体均具有优良的溶剂性能。 考察了不同硫化物在吡啶类离子液体和正辛烷中的分配系数,不同实验条件下对硫化物分配系数的影响因素,以及在萃取条件下对模型油进行多级萃取脱硫;同时考察了H2O2作为氧化剂在离子液体中氧化脱硫的效果,并对氧化体系的反应动力学进行了研究;将优化的催化体系对实际汽油的萃取脱硫以及氧化脱硫进行了研究;结果表明:硫化物在离子液体[C12,6BPy] HSO4中的分配系数最高,对噻吩以及二苯并噻吩的单级萃取脱硫率分别可达51.0%和66.5%;对模型油进行四级萃取后脱硫率可达85%以上;H2O2单独作为氧化剂时,在酸性离子液体离子液体[BPy] HSO4中的氧化效果最好,而以H2O2-乙酸为氧化体系时,对模型油的脱硫率均较高,反应符合一级反应动力学特征;对汽油的脱硫率可达76.3%。 制备了不同孔径的钛硅分子筛Ti-β和Ti-MCM-41,并用XRD,FT-IR,SEM和TEM,EDS和UV-Vis吸收光谱等手段对钛硅分子筛进行了表征,证实了微波法制备的Ti-MCM-41具有规则的MCM-41孔道结构和更好的长程有序性,并以离子液体为反应介质,H2O2为氧化剂,考察了以不同钛硅分子筛为催化剂下催化氧化不同类型硫化物的脱硫效果,实验结果表明,在离子液体体系中,分子筛不仅保持了对小分子硫化物噻吩较高的催化活性,而对于相对的大分子硫化物二苯并噻吩,也显示出较好的催化效果,说明催化反应可以发生在分子筛表面,不必考虑位阻的影响,催化氧化脱硫的活性顺序为:Ti-MCM-41Ti-βTS-1。 由于离子液体具有多样性和可设计性,设计合成了阳离子支链上具有羧酸官能团的功能化酸性离子液体,并用FT-IR、ESI-MS、TG等手段对其结构进行了表征;将所合成的功能化离子液体应用于燃油的催化脱硫研究中,结果表明,功能化酸性离子液体阳离子上的-COOH官能团可以与H2O2形成具有高氧化活性的过羟基基团-COOOH,可高效的氧化萃取至离子液体中的含硫化合物,在该反应体系中,离子液体既是萃取剂也是催化剂,避免了传统催化工艺中有机挥发性助催化剂甲酸、乙酸以及固体催化剂的使用,不仅提高了脱硫效率,而且使整个反应过程更加绿色化。
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