【摘要】：隨著綠色化學理念的提出和環(huán)境的持續(xù)惡化,人們的環(huán)保意識越來越強,對于汽車燃油中硫的去除也引起了社會各界的廣泛關注。對于交通來說,汽油和柴油是應用最為廣泛的燃料,但同時也是硫污染的主要來源,燃油的使用導致了煙霧、酸雨、建筑腐蝕和土地富營養(yǎng)化等問題。近年來,中國一半以上的城市見證了霧和霾,許多人遭受了空氣污染的傷害。為了減少二氧化硫的排放,越來越多的科研工作者將目光集中到對含硫油品的脫硫上。當前,以氧氣作為氧化劑的深度氧化脫硫是最有前景的研究方法。多金屬氧酸鹽(Polyoxometalates,POMs)是通過氧橋鍵相結(jié)合,含有高價態(tài)前過渡元素(例釩、鉬、鎢和鈮等)的一大類金屬氧簇。因其特有的溶解性、酸性和氧化性被廣泛應用于催化、醫(yī)學檢測、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化等研究領域中。在催化研究領域,大多選擇以多金屬氧酸鹽及其構(gòu)建的新型化合物為催化劑,以O2或H2O2為氧化劑進行催化氧化實驗,例如淀粉的催化氧化和脫硫。因此,本論文設計合成了具有強氧化還原性的多金屬氧酸鹽,并將其應用于以O2為氧化劑的脫硫反應體系中,以探究其催化氧化性能。主要完成以下研究工作:1.合成了具有催化氧化性能的(NH_4)_5H_6PV_8Mo_4O_(40)(NPVMo)化合物,并對其進行了IR、XPS、SEM和31PNMR等表征。NPVMo作為催化劑被應用于以氧氣作為氧化劑,以二苯并噻吩(DBT)、苯并噻吩(BT)和4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)為底物所制模擬油的氧化脫硫反應中。通過控制反應條件,模擬油中的硫含量從500 ppm降低至1 ppm以下,DBT、BT和4,6-DMDBT的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率接近于100%,并完全被氧化為相應的砜類物質(zhì)。最佳條件為:溫度,100oC;時間,6 h;催化劑用量,20 mg。與此同時,噻吩(T)作為實際油中主要的含硫化合物,在傳統(tǒng)的氧化脫硫過程中很難被氧化,而在本體系中以NPVMo為催化劑、O2為氧化劑,能夠高效地將噻吩氧化,轉(zhuǎn)化率為97%。如此高的活性是因為在NPVMo和DBT之間發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移(反應機理)。同時,NPVMo在本實驗所用的模擬油中是一個非均相催化劑,且具有較好的穩(wěn)定性,在重復使用十次后質(zhì)量和性能均沒有太大的損失。更重要的是,NPVMo催化劑可以被應用到催化裂化汽油和柴油的深度脫硫中,以獲得極低硫含量的干凈油品(硫含量分別為2.29和9.43 ppm),而且在脫硫過程中沒有發(fā)生副反應,因此保證了實際油的質(zhì)量。2.以多金屬氧酸鹽為基礎合成具有催化氧化性質(zhì)的NPVMo/bi-CoPc(雙核酞菁鈷)催化劑,利用IR、XRD、SEM和NMR等測試方法表征了其組成和結(jié)構(gòu),并將其應用于以O2作為氧化劑的脫硫體系中,通過控制反應溫度、反應時間和催化劑用量等變量來確定反應的最佳條件。實驗結(jié)果表明,在氧化脫硫反應中,使用12 mg NPVMo/bi-CoPc催化劑,在100oC,5小時的條件下可以使4,6-DMDBT和DBT完全被氧化,轉(zhuǎn)化率為100%。BT在相同的條件下經(jīng)過7個小時的反應后也能被完全氧化,而噻吩在經(jīng)過8小時的氧化處理后轉(zhuǎn)化率達到93.3%。NPVMo/bi-CoPc催化劑之所以有如此好的催化氧化性能是因為NPVMo中V的強氧化性以及酞菁類化合物中含有的大π鍵,加快了NPVMo與DBT間的電子轉(zhuǎn)移,使反應周期縮短。與此同時,NPVMo/bi-CoPc催化劑可以在不經(jīng)過復雜處理的情況下進行回收,重復使用。
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【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE624.9

【參考文獻】

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本文編號：2283971