聚合离子液体的制备及其用于燃油深度脱硫的应用研究

发布时间：2017-04-23 22:05

  本文关键词：聚合离子液体的制备及其用于燃油深度脱硫的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对燃油中噻吩类硫化物的深度脱除,基于离子液体的萃取脱硫是近年来的研究热点之一。离子液体萃取脱硫能力较低,且在油品中会有少量溶解或夹带损失,其“液体”特征也极大地限制了离子液体结构调变性和可设计性。而聚合离子液体作为一类新型吸附剂,既有相应离子液体单体的脱硫官能基团(咪唑或吡啶阳离子),还可以借助其高度交联的多孔结构产生附加的物理吸附,从而达到吸附脱硫的目的。为此,本文制备了4种多孔聚合离子液体,并研究了其应用于模型油中噻吩类硫化物的脱除性能。以1-乙烯基咪唑和1,4-对二氯苄为原料,合成了一种交联状多孔聚合离子液体(PIL-1),探讨了其优化合成条件,表征了其组成和结构,并研究了其对于模型油中噻吩(T)、苯并噻吩(BT)和二苯并噻吩(DBT)的吸附性能。结果表明,PIL-1的最佳合成条件为：以DMF为反应溶剂,70℃下聚1-乙烯基咪唑和对二氯苄摩尔比2：1直接混合搅拌反应；PIL-1的比表面积为99.6 m2·g-1,平均孔径为16.06 nm,以介孔为主;该聚合离子液体对低浓度的噻吩硫化物的吸附效果依次为DBTBT甲苯-DBTT；与乙基咪唑相比,PIL-1对低浓度的DBT、BT和T均有较好的脱除效果,其吸附等温线可用Langmuir和Freundlich方程描述,其对应的饱和吸附量分别为7.02、5.15和4.08 mgS·g-1吸附剂。通过1-乙烯基咪唑与二乙烯基苯共聚,制备了具有多孔结构的交联聚乙烯基咪唑,考察了物料比对聚合物结构和脱硫性能的影响。以此交联聚合物为基础,分别采用盐酸、氯代正丁烷和1,4-对二氯苄对其进行季铵化反应,得到相应的聚合离子液体PIL-2、PIL-3、PIL-4。针对上述聚合离子液体,分别进行了元素、形貌、比表面积和热稳定性分析,考察了其对模型油中DBT、BT、T的吸附脱硫性能。结果表明,1-乙烯基咪唑与二乙烯基苯共聚物的最佳合成摩尔比为2：1,在此条件下合成的交联聚乙烯咪唑(P2)具有丰富的微孔和介孔结构,比表面积高达675 m2·g-1,且对模型油中DBT、BT和T的吸附量最高。与1-乙基咪唑相比,P2对DBT, BT和T的吸附性能均有大幅度提高,表明多孔结构对吸附脱硫起到了至关重要的作用。3种聚合离子液体的比表面积均比其共聚物前驱体P2大幅下降,由原来的675 m2·g-1下降到不足200 m2·g-1,并且对不同的噻吩硫的吸附性能发生了巨大的变化!与P2相比,PIL-2对DBT和BT的吸附性能均下降,但对T的吸附性能大幅提高。由此表明,聚合离子液体的脱硫性能是多孔物理吸附、咪唑离子与噻吩环之间的色散力和π-π络合共同作用的结果,聚合离子液体的微孔和介孔结构对其吸附脱硫性能具有至关重要的作用。
【关键词】：聚合离子液体 脱硫 噻吩硫化物 1-乙烯基咪唑 1 4-对二氯苄
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O631;TE624.55
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 绪论17-33
• 1.1 燃油脱硫背景17-18
• 1.2 燃油脱硫方法18-19
• 1.3 离子液体概述19-20
• 1.4 聚合离子液体20-30
• 1.4.1 聚合离子液体制备21-25
• 1.4.1.1 聚阳离子型PILs的合成21-23
• 1.4.1.2 聚阴离子型PILs的合成23-24
• 1.4.1.3 内盐型PILs的合成24
• 1.4.1.4 PILs共聚物的合成24-25
• 1.4.2 聚合离子液体的应用25-30
• 1.4.2.1 多孔材料25-26
• 1.4.2.2 分离与吸附26-28
• 1.4.2.3 聚合物电解质材料28-29
• 1.4.2.4 碳材料前驱体29-30
• 1.4.2.5 聚合离子液体的其它应用30
• 1.5 本论文的意义与研究内容30-33
• 1.5.1 本论文的研究意义30
• 1.5.2 本论文的研究内容30-33
• 第二章 实验仪器及主要分析方法33-39
• 2.1 实验仪器与试剂33-35
• 2.2 分析测试条件及方法35-36
• 2.2.1 元素分析35
• 2.2.2 分子量测定35
• 2.2.3 傅里叶红外变换光谱35
• 2.2.4 扫描电子显微镜35
• 2.2.5 差示热分析仪35
• 2.2.6 比表面积测定35-36
• 2.3 模型油中硫含量分析36-38
• 2.3.1 硫含量分析方法36
• 2.3.2 模型油中硫种类的选择36
• 2.3.3 硫氮分析仪分析硫含量36-38
• 2.3.3.1 硫氮分析仪工作原理36-37
• 2.3.3.2 分析条件37
• 2.3.3.3 标准曲线绘制37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 聚乙烯咪唑氯化苄基聚合离子液体PIL-1的制备及脱硫性能研究39-61
• 3.1 引言39
• 3.2 PIL-1的合成39-46
• 3.2.1 合成原理39-40
• 3.2.2 实验装置40-41
• 3.2.3 制备方法41
• 3.2.3.1 1-乙烯基咪唑聚合41
• 3.2.3.2 聚1-乙烯基咪唑与1,4-对二氯苄反应41
• 3.2.4 反应条件对PIL-1合成的影响41-46
• 3.2.4.1 反应溶剂对产物的影响41-42
• 3.2.4.2 反应方式对产物的影响42-44
• 3.2.4.3 反应温度对产物的影响44-45
• 3.2.4.4 交联剂用量对产物的影响45-46
• 3.3 表征方法46-52
• 3.3.1 凝胶渗透色谱(GPC)法测分子量46-47
• 3.3.2 元素分析47
• 3.3.3 扫描电镜47-48
• 3.3.4 红外光谱分析48-49
• 3.3.5 比表面积测定49-50
• 3.3.6 热稳定性分析50-52
• 3.4 对模拟油中噻吩类化合物的吸附性能研究52-59
• 3.4.1 模型油的配制52-53
• 3.4.1.1 DBT-正辛烷模型油的配制52
• 3.4.1.2 BT-正辛烷模型油的配制52
• 3.4.1.3 T-正辛烷模型油的配制52-53
• 3.4.1.4 甲苯-DBT-正辛烷模型油的配制53
• 3.4.2 吸附平衡时间的确定53-54
• 3.4.3 对不同硫的等温吸附曲线54-57
• 3.4.3.1 等温吸附曲线的绘制54
• 3.4.3.2 Langmuir等温吸附曲线拟合54-55
• 3.4.3.3 Freundlich等温吸附曲线拟合55-57
• 3.4.4 PIL-1脱硫结果分析57-59
• 3.4.4.1 PIL-1对DBT、BT、T和甲苯-DBT的吸附结果分析57
• 3.4.4.2 PIL-1与1-乙基咪唑对模型油深度脱硫的对比57-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 交联聚乙烯咪唑及其离子化产物的制备-与脱硫性能61-83
• 4.1 引言61
• 4.2 乙烯基咪唑-二乙烯基苯共聚物的合成61-62
• 4.2.1 合成原理61
• 4.2.2 制备方法61-62
• 4.2.2.1 二乙烯基苯提纯61-62
• 4.2.2.2 共聚物的制备62
• 4.3 乙烯基咪唑-二乙烯基苯共聚物的表征62-67
• 4.3.1 元素分析62-63
• 4.3.2 扫描电镜63-64
• 4.3.3 红外光谱分析64-65
• 4.3.4 比表面积测定65-66
• 4.3.5 热稳定性分析66-67
• 4.4 多孔共聚物的“离子化”反应67-69
• 4.4.1 合成原理67-68
• 4.4.2 制备方法68-69
• 4.4.2.1 PIL-2的制备68
• 4.4.2.2 PIL-3的制备68
• 4.4.2.3 PIL-4的制备68-69
• 4.5 改性PILs的表征69-72
• 4.5.1 扫描电镜69-70
• 4.5.2 红外光谱分析70
• 4.5.3 比表面积测定70-71
• 4.5.4 热稳定性分析71-72
• 4.6 对模拟油中噻吩类化合物的吸附性能研究72-81
• 4.6.1 模型油的配制72
• 4.6.2 吸附动力学与平衡时间72-75
• 4.6.3 不同吸附剂的脱硫容量比较75-78
• 4.6.4 不同吸附剂的吸附等温线78-81
• 4.7 本章小结81-83
• 第五章 结论83-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-93
• 导师及作者简介93-95
• 附件95-96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 蒋宗轩;吕宏缨;张永娜;李灿;;燃油氧化脱硫(英文)[J];催化学报;2011年05期

2 郑宾国;梁丽珍;李春光;彭伟功;余谟鑫;;分子氧氧化脱除燃油中有机噻吩硫研究进展[J];材料导报;2010年11期

3 万方;陈敏东;徐文龙;姜玲;;聚合离子液体的研究进展[J];化学试剂;2011年03期

4 赵霞;田松柏;王志飞;;石油及其产品中硫含量的测定方法[J];石油与天然气化工;2006年06期

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本文编号：323080