铁基磁性离子液体的合成及其氧化脱硫性能研究

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近年来,燃料燃烧产生的SOx的排放已成为一个严重的环境问题。作为传统加氢脱硫工艺(HDS)的替代和补充,萃取催化氧化脱硫体系(ECODS)是最有前景的脱硫工艺之一。离子液体被广泛应用于ECODS中并取得了许多成果。然而,离子液体的分离普遍采用倾倒法进行,该法不仅操作不便,且循环利用性较低。磁性离子液体不仅有离子液体的高催化活性,又可借助磁场作用实现脱硫后离子液体的高效分离。本文首先利用两步法合成了双咪唑磁性离子液体[Cn(mim)2]Cl2/mFeCl3(n=2,4,6;m=1,2,3)。利用FT-IR和UV-Vis对离子液体的阴阳离子结构进行了检测;通过TG-DSC和VSM表征了离子液体的热稳定性和磁性;使用HPCL测定了离子液体在模拟油中的溶解性。结果表明,离子液体的疏水性、酸性和黏度对其脱硫性能影响较大,以[C4(mim)2]Cl2/2FeCl3为催化剂时得到最高脱硫率,在313 K、模拟油体积5 mL、初始硫含量500 ppm、离子液体用量0.02 g、氧硫比6的条件下反应10 min,对二苯并噻吩(DBT)的脱除率在97%以上。[C4(mim)2]Cl2/2FeCl3的脱硫体系符合准一级动力学模型,利用外加磁场实现了离子液体的高效分离,再生循环6次后脱硫率轻微下降。通过XPS和FT-IR分析测定反应产物为DBT及其相应的砜和亚砜,对脱硫机理进行了预测。其次,本文通过将1,8-二氮杂二环[5.4.0]壬-7-烯(DBU)烷基化得到中间体[C4DBU]/Cl,再与不同摩尔量的FeCl3配位制备出一系列新型磁性离子液体[C4DBU]Cl/nFeCl3(n=1,2,3)。利用FT-IR、UV-Vis、TG-DSC和VSM分析了离子液体的分子结构和理化性质。以[C4DBU]Cl/nFeCl3(n=1,2,3)为萃取剂和催化剂、H2O2为氧化剂,对其脱硫性能进行研究。结果表明,氧化剂的加入可显著提高离子液体的脱硫性能,氧化脱硫率遵循以下顺序:[C4DBU]Cl/2FeCl3>[C4DBU]Cl/3FeCl3>[C4DBU]Cl/FeCl3。以[C4DBU]Cl/2FeCl3为研究对象,考察了不同条件对脱硫率的影响,在333 K、模拟油体积10 mL、初始硫含量1000 ppm、离子液体用量1.0 mL、氧硫摩尔比5下反应90 min后,达到98.75%的DBT脱除率。重复使用性能良好,再生循环8次后脱硫活性轻微下降。通过捕获剂实验确定了脱硫活性物质,进一步验证了脱硫反应机理。
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