离子液体作为一种环境友好的新型反应介质和功能材料,引起了学术界的高度重视。本文以离子液体在催化裂化(FCC)汽油深度脱硫领域的应用为主要研究内容,旨在加快离子液体在该领域的工业化速度。介绍了我国生产的车用燃料油的特点,强调了高标准清洁燃油的生产势在必行；分析了燃料油加氢和非加氢脱硫技术的应用现状和发展趋势,对比了几种非加氢脱硫技术的优缺点；通过对离子液体应用现状和课题组研究基础的介绍,突出了离子液体在燃料油脱硫特别是FCC汽油深度脱硫领域的应用技术优势。在雾霾天气频现污染严重的今天,可“设计”的功能型离子液体在绿色化工领域的应用优势明显。我们设计并合成了大量不同体系的离子液体,针对其在FCC汽油深度脱硫领域进行了实验研究,筛选出了三大类离子液体体系,即硫酸氢咪唑盐体系、四氟硼酸咪唑盐体系和三氟乙酸咪唑盐体系的离子液体；运用核磁共振氢谱、核磁共振氟谱、红外光谱、质谱等手段对合成的离子液体进行了表征；通过大量实验,得出了三类离子液体萃取氧化脱硫的剂油比、氧化剂用量、萃取氧化时间、萃取氧化温度、离子液体阳离子烷基碳链长度等最佳实验条件；将其应用于中国石油天然气股份有限公司抚顺石化公司生产的FCC汽油深度脱硫工艺时,表现出了良好的脱硫性能,在保证汽油收率的前提下,基本不影响汽油的各项性能指标。实验结论为：(1)以[CnMIM]HSO4(n=2,3,4,5,6)离子液体为脱硫剂,以30%的H202为氧化剂,通过对模拟油品的脱硫效果研究,得出最适宜的脱硫实验条件为：剂油体积比V[C3MIM]HSO4:Voil=1:20,氧硫摩尔比(O/S)为6,温度为60℃,时间为90min,[C3MIM]HSO4脱硫效果好于其他碳链长度的离子液体,模型油(硫含量为200μg/g,下同)的一次脱硫率最高可达95%以上；对FCC汽油(硫含量为63.2μg,下同)的一次脱硫率最高可达94.7%。脱硫效果较好,但萃取时间过长,离子液体用量相对较大。(2)以[CnMIM]BF4(n=2,3,4,5,6)离子液体为脱硫剂,以30%的H2O2为氧化剂,通过对模拟油品的脱硫效果研究,得出最适宜的脱硫实验条件为：剂油体积比V[C5MM]BF4:VOIL=1:5,氧硫摩尔比(O/S)为8,温度为60℃,时间为60min,使用20mo1%(相对于硫含量)的甲基三氧化铼(MTO)催化剂,[C5MIM]BF4脱硫效果好于其他碳链长度的离子液体,模型油的一次脱硫率最高可达95.03%；对FCC汽油的一次脱硫率最高可达93.58%以上。但该过程只有额外使用催化剂时才能达到满意的一次脱硫率,因此,如何合成廉价可回收的硫化物氧化催化剂是这类脱硫剂应用的关键所在。(3)以三氟乙酸类离子液体[CnMIM]TFA(n=2,3,4,5,6)为脱硫剂,以30%的H202为氧化剂,通过对模拟油品的脱硫效果研究,得出最佳脱硫实验条件为：剂油体积比V[C4MIM]TFA:Voil=1:40,氧硫摩尔比(O/S)为8,温度60℃,时间40min,[C5MIM]BF4脱硫效果好于其他碳链长度的离子液体,模型油的一次脱硫率可达95.02%；对FCC汽油的一次脱硫率可达93.80%。该类离子液体具有可连续循环使用,萃取饱和容量大,用量小,萃取时间短,基本不影响油品的各项性能指标等特点,显示了较高的脱硫应用前景。(4)三氟乙酸类离子液体[CnMIM]TFA(n=2,3,4,5,6)对不同硫化物脱除率高低顺序为：4,6-DMDBT> DBT>BT,说明对重组分硫化物的选择性较好,这标示了其应用于柴油脱硫的潜力,但时间短、温度低的反应条件使之更适于从汽油脱硫方面进行攻关。(5)通过对三类离子液体脱硫效果的对比,当不使用催化剂和氧化剂时,脱硫能力由高到低是TFA>HSO4>BF4;使用氧化剂后的脱硫顺序为HSO4>TFA>BF4,前两者相差不大,说明极性和酸性对脱硫效果起主要作用；在BF4中额外加入催化剂后的脱硫顺序为HSO4>BF4>TFA,三者脱硫率相差不大,但是TFA的用量等操作条件要远远优于其他两种离子液体。另外,也要考虑到离子液体的酸性对设备的腐蚀性。(6)从脱硫效果、时间、温度、剂油比、成本等方面综合考虑,三氟乙酸体系的离子液体显示出了较好的脱硫应用前景,而且,不影响脱硫前后油品性能指标,保证了清洁汽油的生产。目前,从更深层次上了解离子液体的结构性质,物理化学性质及两者之间的关系已成为离子液体研究的重要方向,也是未来离子液体真正实现工业化的必要环节。本文继续针对三氟乙酸咪唑盐离子液体体系,进行了理化性质测定和热力学性质研究,并结合动力学假设,探究离子液体的氧化萃取脱硫机理。通过对三氟乙酸体系离子液体的理化性质、热力学及动力学研究得出：(1)在293.15-343.15K温度范围内,用最大气泡法测定了五种三氟乙酸咪唑盐离子液体的表面张力,用Westphal天平法测定了离子液体的密度,密度和表面张力的数值线性拟合都较好,标准偏差也在试验范围内。(2)通过对离子液体的体积性质和表面性质的研究,计算得到了五种离子液体的分子体积、标准熵、表面熵、表面能和晶格能等参数,该类离子液体具有较小的晶格能。(3)利用空隙模型理论,计算得到离子液体的平均空隙体积、热膨胀系数等参数,与实验值符合较好,验证了离子液体空隙模型理论的正确性。(4)利用Kabo和Rebelo提出的方法对离子液体的正常沸点,汽化焓等参数进行了估算。(5)为了测定离子液体的溶解热,组装了一台具有恒温环境的溶解反应量热计,用于溶解热研究。化学标定是检测量热计可靠性和准确度的基本方法,用标准物质KC1对量热计进行了标定,在误差范围内与文献值很好的一致,说明我们自行组装的在线恒温环境反应量热计精度满足实验要求。(6)用标定后的量热计,结合Pitzer电解质溶液理论,测定并计算了五种三氟乙酸咪唑盐离子液体在各自不同浓度下于水中的摩尔溶解热、无限稀释摩尔溶解热、Pitzer焓参数、表观相对摩尔焓、阴阳离子的水化热等参数值。(7)五种离子液体的无限稀释摩尔溶解热△sHm0均为负值,溶解过程均为放热反应,可以看出无限稀释溶解热随着咪唑支链上碳数的增加而增大。并且,离子液体的溶解热拟合曲线随着咪唑环上烷基碳链的增加,线性增强,后两种离子液体已基本复合线性拟合规律,说明后面几种离子液体中正离子的体积大,正负离子不对称,离子间相互作用降低,Pitzer参数的三次作用项已基本不起作用,二次作用项的影响也已降低。(8)通过动力学方法,计算得到离子液体萃取氧化脱硫反应的表观活化能Ea为15.98kJ/mol。活化能较小,很少的能量即可使该反应向正向进行,解释了为何该类反应如此快速即可完成,进一步指明了该类反应的成因。开展对离子液体的物理化学性质的研究,有重大的理论意义和应用价值,离子液体热力学和动力学数据是离子液体工业化的重要参数,是工艺设计的依据,这些基础数据的缺乏已成为离子液体工业化的一个很大障碍。通过本论文的研究,希望能部分解决离子液体在燃料油脱硫领域的障碍,推进离子液体工业化的进程。