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迄今为止,世界各国所用的燃料几乎都是不可再生的化石燃料,从中提炼出的柴油、汽油是发动机的主要燃料,含硫柴油、汽油的燃烧会造成严重的环境污染,如 PM2.5、酸雨等。汽油中的含硫组分主要为硫化氢、硫醇、苯硫酚、硫醚、噻吩及噻吩衍生物。其中噻吩及其衍生物为芳香族含硫化合物,由于受空间位阻和电子云密度等效应的影响,成为加氢脱硫中典型的难脱除硫化物。因此,国内外研究者开发了各种非加氢脱硫工艺,包括吸附脱硫、萃取脱硫、氧化脱硫、生物脱硫等。其中,氧化脱硫具有反应条件温和、工艺流程简单、操作费用低等优点,目前已经成为众多研究者的重点研究对象。在氧化脱硫中,寻找高效稳定的催化剂是目前的研究重点。本文设计合成了一系列负载型功能化离子液体催化剂,并用于催化氧化燃油深度脱硫。 首先合成了一种新型少层材料类石墨烯氮化硼(G-h-BN),并将其作为载体负载六聚钨酸盐离子液体[(C6H13)3PC14H29]2W6O19(W6-IL)。采用AFM、SEM、XPS、TEM、XRD和Raman等方法表征了所合成的催化剂(W6-IL/G-h-BN)的结构和性质,结果表明W6-IL被成功负载到G-h-BN上。将所得多相催化剂用于催化氧化燃油脱硫体系中,发现将 W6-IL负载化之后,不仅降低了其用量,并且与单独W6-IL催化剂相比,W6-IL/G-h-BN表现出更加优异的催化性能。另外,与多层氮化硼(M-h-BN)和商品BN相比,G-h-BN作为载体时,W6-IL/G-h-BN用于催化氧化燃油脱硫,脱硫率能够达到99.3%,并且催化剂回收利用5次之后,仍然可以实现深度脱硫的目的。通过GC-MS、FT-IR、XRD、UV-Vis DRS等方法研究了吸附耦合催化氧化脱硫的反应机理,反应机理为:首先,DBT和H2O2同时被吸附到 W6-IL/G-h-BN表面形成局部高浓度,然后,DBT被氧化成相应的砜类(DBTO2)。 为了进一步证明 G-h-BN作为 IL载体的优点,实验又合成了一种过氧钼酸盐离子液体([(C6H13)3PC14H29]2Mo2O11,Mo2-IL),并将其负载到 G-h-BN上,形成一种多相催化剂(Mo2-IL/G-h-BN)用于催化氧化燃油深度脱硫的研究。与均相Mo2-IL催化剂相比,在催化氧化燃油脱硫过程中,Mo2-IL/G-h-BN的双亲性使其表现出更优异的催化活性和循环性能。同时,通过研究不同载体和反应条件对脱硫效果的影响,发现以H2O2作为氧化剂氧化DBT时,Mo2-IL/G-h-BN表现出更优异的催化活性,脱硫率能够达到98.5%。Mo2-IL/G-h-BN作为催化剂,不仅减少了IL的用量,而且提高了催化剂的循环使用性能,催化剂循环使用6次之后仍然具有较高的催化活性。 最后,合成了三种 Br?nsted酸性离子液体([Bmim]H2PO4、[Bmim]HSO4和[Bmim]HCOO),并将其作为活性中心负载到 G-h-BN上分别得到多相催化剂[Bmim]H2PO4/G-h-BN、[Bmim]HSO4/G-h-BN和[Bmim]HCOO/G-h-BN,并用于催化燃油氧化脱硫研究。研究发现,[Bmim]H2PO4/G-h-BN同时具有IL和G-h-BN的双重优点,在反应过程中既是吸附剂也是催化剂。对合成的催化剂运用 FT-IR、Raman、XRD、XPS、UV-Vis DRS、TEM等方法进行了表征,发现负载IL之后,G-h-BN仍然保持较好的层状结构。通过研究[Bmim]H2PO4/G-h-BN催化体系对含不同硫化物(4,6-DMDBT,DBT,3-MBT,BT)模型油的催化氧化脱硫活性,发现其对4,6-DMDBT的催化活性最好,在IL负载量为5 wt.%,T=60 oC,n(O)/n(S)=4,m(催化剂)=0.05 g,t=2 h时,脱硫率能够达到100%。同时研究了不同干扰物的加入对脱硫活性的影响,结果发现[Bmim]H2PO4/G-h-BN具有潜在的工业应用价值。