磁性离子液体萃取/电化学聚合耦合用于燃油脱硫的研究

It is an important research topic of deep desulfurization of fuels under ambient conditions. Desulfurization of fuels using ionic liquids (ILs) has been widely researched in recent years. In this project, magnetic and functional ILs combined the extraction and magnetic separation with electrochemical polymerization in the desulfurization of fuels. Through changing the anion and cation of ILs, the composition and structure of ILs associated with the extraction desulfurization, magnetic separation and magnetic property. In this way, the rule of synthesizing functional and magenetic ILs in accordance with the topic in this project could be built. The electrochemical polymerization process was carried out in magnetic ILs which were easy to separate. The quality of fuels would not be affected, while the removed thiophene sulfuric compounds could be reused. Hence, this project provides scientific theory and application foundation for desulfurization technology of fuels with low energy consumption, simple device and autocontrol.

温和条件下脱除燃油中的有机硫一直是非常重要的研究课题。离子液体用于燃油脱硫的研究近年来备受关注。本项目旨在充分利用磁性离子液体的多重功能，将离子液体萃取、磁性分离和电化学聚合三者耦合用于脱除燃油中的有机硫研究。项目从化学设计合成出发，通过调变离子液体的阳离子和阴离子，揭示其结构与萃取脱硫、电化学聚合和磁性能等之间的"构-效"关系，确定符合本项目主题的功能化磁性离子液体的合成规律。本项目实施的电化学聚合脱硫是在易分离的磁性离子液体中，不影响油品的质量，且脱除的聚噻吩类硫化物有望再利用。本项目的实施将为开发低能耗、设备简单、易于实现自动控制脱除燃油有机硫技术奠定一定的科学理论和应用基础。

本项目合成了哌啶型和季铵型两类磁性离子液体，运用IR、ESI-MS等方法对其进行了表征，首先考察了它们对噻吩类硫化物的萃取效果，发现磁性离子液体[C4mpip]FeCl4具有较好的萃取效果，并通过红光谱和理论计算的手段研究了离子液体和硫化物之间的相互作用。以离子液体为萃取剂，空气中的氧气为氧化剂，以紫外光作为照射光源，以少量异丁醛为牺牲剂，构建高效的氧化脱硫体系，考察了离子液体的类型和用量、反应的温度和时间等因素对脱硫效果的影响。在最优条件下，燃油中噻吩类硫化物的脱除率可达到99%以上。通过简单的磁铁即可分离反应后的离子液体。通过在模型油中加入芳烃和烯烃等研究真实油品中此类物质脱硫效果的影响，结果表明烯烃的影响较大，而芳烃影响较小，说明本项目所合成的离子液体对柴油脱硫具有潜在的应用价值。此外，本课题将离子液体负载在磁性载体上，不仅降低了离子液体的用量还增强了催化剂的磁性，在优化条件下，脱硫率可达到99.9%，而且进一步提高了磁性分离的效率。通过理论计算研究了离子液体与硫化物的相互作用机制，通过GC-MS等研究了氧化脱硫的机理。本研究选取磁性离子液体作为萃取剂和催化剂，不仅实现了燃油的超深度脱硫，还解决了反应后离子液体不易分离的问题，对于实际的工业应用具有重要意义。