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钼基催化剂氧化脱除柴油中含硫化合物的研究

张健  
【摘要】:日益严格的燃料油硫含量标准,使传统的加氢脱硫(HDS)技术面临越来越严峻的挑战,因此研究其他经济而高效的脱硫方法受到广泛关注。氧化脱硫(ODS)就是其中一种重要的技术,因其操作条件温和,可以单独或作为HDS的后续工艺对燃料油进行脱硫处理。本论文分别采用固定床反应器和间歇釜式反应器,结合溶剂萃取技术,研究了钼基多相催化剂对柴油中二苯并噻吩(DBT)及4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)等芳香杂环含硫化合物的氧化脱硫反应性能。 采用溶胶-凝胶法制备MoO3-CeO2-SiO2复合氧化物催化剂,确定了催化剂的最佳Mo/Si摩尔比为0.1,Ce/Si摩尔比为0.02。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征说明:适量CeO2可以提高Mo03在载体SiO2表面的分散度,并促进低价态钼离子的生成。在40℃和O/S摩尔比为3.0的条件下,在固定床反应器上,以过氧化氢异丙苯(CHP)为氧化剂,对模拟油品(0.1wt.%的DBT/甲苯溶液)中的DBT进行氧化反应研究,连续反应8h,DBT的转化率达到94.2%。 以H3PMo12O40和1-丁基-3-甲基咪唑溴([Bmim]Br)离子液体为原料,Si02为载体,制备[Bmim]3PMo12O40/SiO2固体催化剂,采用釜式反应器,以H2O2为氧化剂,对模拟油品(0.2wt.%的DBT/甲苯溶液)中的DBT进行氧化反应研究。[Bmim]3PMo12O40/SiO2催化剂具有双亲性,在反应过程中可以同时吸附水相中的H202和油相中的DBT,强化反应物的相间传质。[Bmim]3PMo12O40的最佳负载量为20wt.%,在60℃和O/S摩尔比为3.0的条件下,反应100 min, DBT的氧化转化率达到100%。[Bmim]3PMo12O40/SiO2采用离心法分离回收,经过干燥处理之后,可以重复使用至少7次,而DBT的转化率没有降低。研究了苯并噻吩(BT)、DBT和4,6-DMDBT在[Bmim]3PMo12O40/SiO2-H2O2体系中的氧化反应,发现[Bmim]3PMo12O40/SiO2对不同含硫化合物的氧化活性顺序如下:DBT4,6-DMDBTBT,这可能与含硫化合物的分子结构和硫原子电子云密度相关。用[Bmim]3PMo12O40/SiO2对柴油进行氧化处理,在80℃和O/S摩尔比为5.0的条件下,反应180 min,采用二甲基甲酰胺(油剂比为1)萃取之后,可以使柴油的硫含量从530ppm降低至11ppm。研究了吲哚、喹啉和咔唑在[Bmim]3PMo12O40/SiO2-H2O2体系中的氧化反应,发现这些含氮化合物在体系中的转化率按以下顺序递减:吲哚喹啉咔唑。考察了含氮化合物对DBT氧化反应的影响,发现喹啉和咔唑对DBT的氧化反应有促进作用;而吲哚的加入抑制DBT的氧化反应。 通过嫁接的方法用1-丙基三乙氧基硅基-3-甲基咪唑氯离子液体对Si02进行表面改性,将H3PMo12O40固载在改性后的Si02上制备出PMo/ILSiO2催化剂,两种无机材料通过有机的基团相连接。红外和紫外光谱的表征结果说明PMo/ILSiO2具有咪唑阳离子结构和Keggin型杂多阴离子结构。采用釜式反应器,以H202氧化剂,对模拟油品(0.2wt.%的DBT/甲苯溶液)中的DBT进行氧化反应的研究。H3PMo12O40的最佳固载量为30wt.%,在50℃和O/S摩尔比为3.0的条件下,反应30 min可以将DBT完全氧化。PMo/ILSiO2催化剂采用离心法分离回收,经过干燥处理之后,可以重复使用至少7次,而DBT的转化率没有降低。


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