多酸基多孔聚离子液体用于燃油催化氧化脱硫的研究

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燃油对人类社会的进步与发展有着举足轻重的地位,然而燃油的燃烧过程会产生硫氧化物,引发酸雨,造成大气污染等一系列问题。目前工业上采用的脱硫技术为加氢脱硫,但其对芳香族硫化物,尤其是噻吩类化合物及其衍生物的脱除困难。近年来,氧化脱硫技术因其反应条件温和、对噻吩类硫化物脱除效果较好而备受瞩目。本论文围绕“多酸基多孔聚离子液体用于燃油催化氧化脱硫的研究”这一主题,通过模板法和无模板法制备了一系列多孔聚离子液体,通过浸渍法引入多酸活性位点,将其用于燃油的催化氧化脱硫过程。通过FT-IR、BET、XRD、XPS等表征手段对其结构性质进行了分析,对可能的反应机理进行了探究。首先,通过软模板法制备了具有多孔结构的磷钼蓝基聚离子液体催化剂。以1-乙烯基咪唑和4-乙烯基苄氯为原料制备离子液体,以P123为模板剂,过硫酸铵为引发剂进行聚合,探究了不同P123用量、不同离子液体用量对催化剂孔结构的影响。进一步实验发现,刚性苯环和咪唑基团为电子转移营造了良好的反应环境,在磷钼酸负载过程中部分六价钼被还原为五价钼,进一步提高了氧化脱硫效率。在0.05 g催化剂、O/S=5、反应温度为50℃的条件下,该催化剂可对DBT实现99.82%的超深度脱硫。然后,通过阴离子交换的方法制备了具有优异循环性能的氧化脱硫催化剂。首先以1,4-二溴丁烷和1-乙烯基咪唑为原料合成离子液体,将大尺寸阴离子引入至离子液体中进行聚合,再通过饱和氯化钠溶液将大阴离子置换出来后得到了一系列比表面积在100~250 m~2/g的多孔聚离子液体。对该聚离子液体进行改性后将其应用于催化氧化脱硫过程。在0.02 g催化剂、O/S=4、反应温度为50℃时,可对DBT实现99.82%的超深度脱硫。最后,以1-乙烯基咪唑为原料,二乙烯基苯为交联剂,在100℃下反应18 h,制备了比表面积为670 m~2/g的聚合物载体。通过浸渍法将磷钼酸与聚合物相结合,制备了比表面积在200 m~2/g以上的介孔催化剂。该催化剂最佳反应条件为:0.02 g催化剂,氧硫比为5,反应温度为50℃。在该条件下,可在30 min时对DBT实现99.95%的超深度脱硫,并对不同的含硫底物都有较好的脱除效果,性能顺序为DBT>4-MDBT>4,6-DMDBT。
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