硅基负载型多酸离子液体的构建及其在燃油氧化脱硫中的研究

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当今,化石能源的大量消耗给自然环境,人类健康等方面造成诸多危害,为此,世界各国出台了限定燃油硫含量的法律法规。目前,加氢脱硫(HDS)作为主要的脱硫技术,可以高效的脱除硫醇,硫化物和二硫化物。然而,对于噻吩及其衍生物等空间位阻较大的硫化物,难以通过加氢脱硫方式除去。为了实现深度脱硫,需要高温,高压及大量的贵金属。在该种情况下,迫切需要开发其他温和的脱硫技术,例如,萃取脱硫(EDS),吸附脱硫(ADS),生物脱硫(BDS),氧化脱硫(ODS)和光催化脱硫(PDS)。目前,氧化脱硫作为一种具有广阔前景的脱硫技术,受到广泛的关注。  本论文分别以多金属氧酸盐基离子液体[C4mim]3PW12O4,[C8mim]3PW12O40和[C16mim]3PW12O40为活性前驱体,通过水热法合成一系列负载型催化剂,并用于催化氧化脱硫体系。利用红外光谱(FT-IR),拉曼光谱(Raman),X射线光电子能谱(XPS),N2吸附-脱附和扫描电镜(SEM)等表征说明离子液体在负载前后的组分和结构没有发生变化,并在载体结构中高度分散。接触角实验说明[C4mim]3PW12O40/SiO2具有较好的亲水-疏水平衡性。同时考察了催化剂和氧化剂的用量,硫化物种类及温度等因素对脱硫活性的影响。实验结果表明,在最佳条件下,苯并噻吩(DBT)可以在30 min内被完全氧化脱除。  由于4,6-二苯并噻吩(4,6-DMDBT)的空间位阻较大,难以脱除。为此,本论文合成负载型催化剂[C4mim]3PMo12O40/SiO2,用于对模型油中多种含硫化合物的催化氧化,并通过多种表征手段对催化剂进行分析。此外,考察了离子液体的负载量,催化剂的处理温度,反应温度,氧化剂用量和催化剂用量对催化活性的影响。在60oC下反应40 min,4,6-DMDBT的脱除效果为100%。最后,利用紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和磷核磁(31P MAS NMR)对催化剂的稳定性进行分析。  为了获得具有更大比表面积的负载型催化剂,本论文通过水热法合成负载型催化剂,并利用萃取法除去模板剂,得到有序介孔硅负载型离子液体催化剂[C4mim]3PW12O4@SiO2(C4-IL@OMS)。利用相同方法分别合成[C8mim]3PW12O4@SiO2(C8-IL@OMS)和[C16mim]3PW12O4@SiO2(C16-IL@OMS)。催化剂的表征结果说明离子液体负载到有序介孔硅(OMS)结构中,并且结构没有发生变化。最佳条件下,DBT的脱除率可达99.5%。此外,考察了催化剂用量,反应温度,不同含硫底物和氧化剂用量对催化活性的影响。最后,利用UV-vis DRS和31P MAS NMR对催化剂的稳定性进行分析。
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