硅基多孔离子液体的构筑及其在柴油萃取脱硫中的研究

The technology of deep desulfurization of clean diesel is the most important. The purpose of this project is to build a kind of porous ionic liquid with deep desulfurization performance of diesel fuel, using hollow silicon spheres as the core, silane cation as the corona and organic acid anion as the canopy. We will investigate the relationship between the structure of porous ionic liquids and the extraction desulfurization activity, and study the extraction desulfurization mechanism by using related experimental techniques and theoretical chemistry methods. The porous ionic liquids constructed will not only have the extractive activity of aromatic sulfides, but also increase the adsorption of aromatic sulfides by solid channels. Therefore, the target of deep desulfurization will be achieved. The project integrates the high specific surface area and strong adsorption capacity of microporous solid with the characteristics of extractive desulfurization activity, high solubility and low oil solubility of conventional ionic liquids. Through this project research, on the one hand can be found in the basic law to construct porous ionic liquids, rich the types and applications of porous ionic liquids, on the other hand, pay attention to the study of porous structure and ionic liquid extraction desulfurization performance of the porous ionic liquid which aims at high efficiency extraction desulfurization performance and rational control design, so it has important academic significance application and prospects.

清洁柴油生产以深度脱硫技术最为关键。本课题拟以中空硅球为基核，硅烷阳离子为内冠，有机酸阴离子为外冠构筑一类可实现柴油深度脱硫的多孔离子液体，考察多孔离子液体结构与萃取脱硫活性的关系，并利用相关实验技术和理论化学方法研究其萃取脱硫机理。所构筑的多孔离子液体将不仅具有离子液体对噻吩类硫化物萃取作用，同时也增加了多孔结构对噻吩类硫化物的吸附作用，因而将有望实现深度脱硫目标。本项目将多孔材料的高比表面积、强吸附能力与离子液体的萃取脱硫活性、高溶解性、油品低互溶性特点综合于一体。通过本项目的研究，一方面可总结多孔离子液体的构筑规律，丰富多孔离子液体的种类和应用，另一方面又注重对多孔离子液体结构与萃取脱硫性能的研究，理性调控并设计具有高效萃取脱硫性能的多孔离子液体，因而具有重要的学术意义和应用前景。

近年来，世界各国对燃油中硫含量的要求越来越严格，我国十四五规划对清洁能源发展也非常重视。生产超低硫含量的柴油是解决这一问题的首选方法。本项目围绕多孔离子液体及其柴油脱硫性能进行研究。首先，通过选取合适的多孔材料和离子液体组分，构筑了二氧化硅基多孔离子液体和金属有机框架类多孔离子液体。其中，二氧化硅类多孔离子液体由单一组分的阴、阳离子组成，也称为第一类多孔液体；此外，金属有机框架类多孔离子液体由固体微孔材料及传统的离子液体分子阻隔而形成，也称为第三类多孔液体。主要研究结果归纳为以下几点：.（一）合成了一类新型的二氧化硅基多孔离子液体（PILs）用于去除柴油中的二苯并噻吩（DBT）。研究了萃取温度，PILs含量，初始硫含量，和油品互溶性。结果表明二氧化硅基多孔离子液体单次提取效率达到45.8％，基本达到项目的预期。密度泛函理论（DFT）计算和光谱研究的结果证实，多孔离子液体与DBT之间存在很强的相互作用（称为C-H···π相互作用）。.（二）通过将UiO-66(Zr)分散在离子液体中，从而合成了一类基于UiO-66（金属有机框架材料）的多孔离子液体。在最佳条件下， PILs-UiO-66脱硫率可达90%。最后，实验表征分析和密度泛函理论（DFT）计算揭示了PILs-UiO-66的反应机理，其中离子液体部分用作萃取剂以富集油相中的DBT，由此产生的溶剂化效应有利于UiO-66作为催化剂激活H2O2分解·OH自由基，进而将DBT氧化为DBTO2。.本课题将多孔材料的高比表面积、强吸附能力与离子液体的萃取脱硫活性、高溶解性、油品低互溶性特点综合于一体。通过本项目的研究，一方面可总结多孔离子液体的构筑规律，丰富多孔离子液体的种类和应用，另一方面又注重对多孔离子液体结构与萃取脱硫性能的研究，理性调控并设计具有高效萃取脱硫性能的多孔离子液体，因而具有重要的学术意义和应用前景。