基于柴油深度脱硫的新型类Fenton离子液体设计及作用机理研究

随着柴油发动机在使用过程中带来的环境污染问题，生产低硫含量的清洁柴油日益引起各国的重视，特别是氧化脱硫备受关注。本课题拟设计改性的咪唑盐、吡啶盐、季磷盐等与过渡金属盐组装构建新型功能化类Fenton离子液体，考察清洁氧源在其作用下催化氧化脱除柴油中有机硫。通过阴离子的筛选、改变特定阳离子与酸性官能团的组合，确定类Fenton离子液体的构建规律，运用原位谱学研究类Fenton离子液体的氧化还原性和萃取/氧化一体化脱硫体系的反应机理，关联离子液体组成、结构与催化性能，为其可控合成和应用提供理论依据。在柴油氧化脱硫反应中，这类新型离子液体兼有传统离子液体和类Fenton试剂的特殊性能，将萃取、催化和反应介质三种功能集合于一体。因此，该研究工作的开展，不仅可以丰富离子液体的类型，深入了解类Fenton离子液体的物理化学性质，也可能开辟一条低温氧化脱硫的新途径。

以咪唑盐、吡啶盐、季铵盐等与过渡金属盐(Fe, Cu, Zn等)组装构建了一系列新型功能化类Fenton 离子液体催化剂，运用Raman、IR、ESI-MS、元素分析等方法进行了表征，研究H2O2在其作用下催化氧化脱除柴油中有机硫，考察了离子液体结构和用量，反应温度，H2O2用量，离子液体与油品的互溶性等因素对脱硫率的影响。对不同硫化物 (DBT, BT和4,6-DMDBT) 以及真实油品进行脱硫活性考察，在优化条件下，脱硫率可达99%，实现燃油深度脱硫，离子液体可多次循环使用。采用质谱、顺磁共振等方法研究了类Fenton 离子液体萃取/氧化一体化脱硫体系的反应机理。.项目组还通过化学键合法和包埋法将类Fenton离子液体负载化用于燃油氧化脱硫，基于有序介孔材料与离子液体间特殊的作用力，实现了离子液体与MCM-41, SBA-15的有效结合；并利用离子液体的氧化还原性和载体表面基团，对离子液体和载体的结合方式进行有效调控，可实现离子液体在介孔材料表面的高分散和高稳定性，相关成果发表在AICHE J（2013, 59(12), 4696-4704）。这种固体催化剂兼具离子液体和介孔硅的优良性质，在催化过程中，增加其有效接触面，让更多的活性位暴露，且使其在液相反应过程中实现低能耗分离，并且极大降低了离子液体用量，有效提升其利用效率。. 研究成果已在《AIChE Journal》,《Chemsuschem》,《Industrial Engineering Chemisty Research》，《Chemical Engineering Journal》，《Fuel》，《Fuel Processing Technology》，《RSC Advances》，《Journal of Molecular Catalysis A: Chemical》，《Energy & Fuels》等期刊共发表SCI收录论文20篇，申请发明专利4项，授权发明专利1项。在发表的论文中，影响因子大于6.0的1篇，3.0～6.0的8篇。有15人次参加全国学术会议，并多次在会议上进行口头报告和墙报展讲；2012年在镇江江苏大学举办了第八届全国环境催化与环境材料学术会议，申请人为会议秘书长。该项目培养博士研究生1名，硕士研究生3名；在读博士研究生1名，在读硕士研究生4名。