“三元嵌入式”固载杂多酸催化剂的制备及其氧化脱除DBT的研究

发布时间：2020-03-28 10:18

【摘要】：近年来,随着世界经济的飞速发展,汽车的保有量呈现直线上升的趋势,随之而来也产生了一系列严重的大气污染问题,雾霾现象的普遍出现就是最好的证明。雾霾中存在大量与汽车尾气排放密切相关的氮氧化物、硫氧化物以及可吸入颗粒物,而其问题根源直指油品质量。所以,升级油品质量,减少汽车尾气排放造成的污染,进而缓解空气污染,保护环境已经成为了当务之急。氧化脱硫,以其反应条件温和、低成本以及对噻吩及其衍生物具有较高的脱除效果等特点而备受关注,本论文主要脱除燃油中较难脱除的二苯并噻吩物质(DBT)。对于氧化剂和催化剂来说,空气中的氧气方便易得,使用成本低且无污染,具有广阔的研究应用前景;杂多酸,作为一种新型、绿色催化剂已经被广泛应用于各个领域,并取得了较好的效果,但是其低表面积、易自身聚集和难回收利用等缺点限制了它的发展。因此,寻找合适的新型杂多酸催化剂,克服面临的问题成为了该领域研究的热点。论文主要内容为以下几个方面:1、采用溶液法合成了8种磷钼钨Keggin型杂多酸(H_3PMo_(12-x)W_xO_(40)),进而以MOF-199和MCM-41分子筛为载体,对其进行有效固载,成功合成了MOF-199包裹在杂多酸外围,然后整体进入MCM-41分子筛孔道中的“三元嵌入式”固载杂多酸催化剂,并通过多种手段对其进行了结构验证,并将该催化剂应用于模拟燃油脱除DBT的实验。结果发现,在最佳反应条件下,K6-PMM催化剂的脱硫率可以达到98.5%。2、采用置换法合成了8种过渡金属修饰的杂多酸盐M-POM(M=Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和Cd),进而合成了对应的“三元嵌入式”固载杂多酸催化剂。在相同条件下,对比8种催化剂对脱除模拟燃油中DBT的性能大小,结果发现Co-PMM表现出最优的脱硫效果,即180min内脱硫率达到99.1%,且能够重复使用8次。3、选择表面活性较高的双季铵盐型Gemini表面活性剂-SRL,对杂多酸进行修饰改性,进而制备出相转移型“三元嵌入式”固载杂多酸催化剂。相转移催化剂的引入不仅可以促进催化反应之间的进行,也可以进一步加速反应过后催化剂与萃取剂的结合,提高反应效率及回收率,结果发现,SRL-3-PMM表现出100%的脱硫效率,且能够重复使用13次。4、以价格低廉且酸性较强的己内酰胺为原材料,将它们有效地嫁接在杂多酸上,进而合成了新型催化-萃取集一身的离子液型杂多酸催化剂,减少了后期单独添加萃取剂进行萃取的过程,操作简单化。结果发现,CIL-3-PMM在反应时间90 min后达到了完全脱硫的效果,且能够重复使用15次。5、以大孔改性LZSM-5分子筛为载体,对比了不同种类杂多酸活性组分下的DBT脱除效果,发现固载更多活性组分且有效抑制了活性组分自身团聚而降低脱硫率的不足,为大孔材料载体应用于氧化脱硫提供了理论和实际依据。
【图文】：

2016年全世界的汽车保有量已超过10亿辆，而我国近十年间，由2008年的6467万辆增长到2018年的2.35亿辆，增长了2.63倍，仅次于美国的2.65亿辆，位居世界第二，且预计2019年后会超越，具体数据分析如图1.1所示。爆炸式发展的汽车制造业不仅推动了人类的经济发展，加速了社会前进的步伐，也带来了一系列严重的大气污染问题，雾霾现象的普遍出现就是最好的证明。雾霾天气自古有之，无论是人类活动或是自然现象都可能导致它的出现，尤其是在人类进入化石燃料时代后，加剧消耗的汽柴油使得雾霾天气真正威胁到人类的身体健康和生存环境，出现各种呼吸道疾病甚至还会诱发肺癌、心肌缺血及损伤[3-5]。图1.1 近十年我国汽车保有量增长趋势图Fig. 1.1 The growth trend chart on possession quantity of cars in china in recent 10 years

远不能满足需求的增速，2018年10月，单月原油进口量为916万桶/日，即4080万吨，，且11月份首次突破日均1000万桶，同比上涨16%。累计前11个月的数据可知，2018年进口量达到4.18亿吨，同比增长8.4%，近五年的数据统计如图1.2。据国际能源机构（IEA）分析，随着原油进口量的持续增加，我国原油对外依存度从去年的67.4%增长到了72.3%，且预计2020年中国原油将有超过80%依赖进口，目前来看，俄罗斯、巴西、沙特、阿联酋等产油国都在向中国大量输出[11-13]。图1.2 近五年我国石油进口趋势图Fig. 1.2 The growth trend chart on oil import in china in recent 5 years
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O643.36;X734.2

【参考文献】

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本文编号：2604313