吡唑类离子液体的设计、合成与脱氮性能

摘要

油品中的氮化物在燃烧过程中生成氮氧化物（NOx）以及悬浮微粒（PM），排放到空气中易形成酸雨、雾霾等环境问题，这也是造成环境污染越来越严重、癌症等疾病发生率越来越高的一个重要原因，给人类的生产生活、健康带来了严峻的考验。找到更加有效的方法脱除油品中的氮化物，从源头上减少污染引起了人们的广泛关注。离子液体作为新一代“绿色溶剂”，由于其优异的萃取性能，在油品脱氮工艺中发挥的作用越来越明显。本文具体研究内容及结果如下：
　　1．设计合成了两类吡唑型离子液体，中性阴离子离子液体：1-丁基-2,3,5-三甲基吡唑六氟磷酸盐([BuMe3Py]PF6)、1-丁基-2,3,5-三甲基吡唑四氟硼酸盐([BuMe3Py]BF4)、1-丁基-2,3,5-三甲基吡唑硝酸盐([BuMe3Py]NO3)、1-丁基-2-乙基-3,5-二甲基吡唑六氟磷酸盐([BuEtMe2Py]PF6)、1-丁基-2-乙基-3,5-二甲基吡唑四氟硼酸盐([BuEtMe2Py]BF4)、1-丁基-2-乙基-3,5-二甲基吡唑硝酸盐([BuEtMe2Py]NO3)；酸性阴离子离子液体：1,3,5-三甲基吡唑硫酸氢盐([Me3Py]HSO4)、1-丁基-2,3,5-二甲基吡唑硫酸氢盐([BuMe3Py]HSO4)、1-己基-2,3,5-三甲基吡唑硫酸氢盐([HexMe3Py]HSO4)，并分别用核磁共振、红外(KBr压片法)、高分辨质谱 HRMS(ESI-MS)等手段对其结构进行了表征。
　　2．探究了[BuMe3Py]PF6、[BuMe3Py]BF4和[BuMe3Py]NO3对模拟油品中吡啶的脱除性能。实验结果表明，[BuMe3Py]BF4的脱除效率最高，其次是[BuMe3Py]NO3，[BuMe3Py]PF6的脱除效率最低。探究了剂油比、反应温度、反应时间以及沉降时间对[BuMe3Py]BF4脱氮效率的影响，得到了最佳脱氮条件：剂油比1:3，反应温度25℃，反应时间2h，沉降时间40min。在此条件下，脱氮效率能够到达94.6％。重复利用5次仍具有良好的脱氮性能。
　　3．探究了[HMe3Py]HSO4、[BuMe3Py]HSO4、[HexMe3Py]HSO4对模拟油品中喹啉的脱除性能。实验结果表明，[BuMe3Py]HSO4和[HexMe3Py]HSO4的脱氮效率明显高于[HMe3Py]HSO4。探究了反应时间、剂水比、反应温度对[BuMe3Py]HSO4和[HexMe3Py]HSO4的脱氮效率的影响，得到了最佳脱氮条件：剂水比1:1、反应温度25℃、反应时间40min。此条件下，两种离子液体的脱氮效率分别能够达到98.9%和99.6%。此外，对汽油和柴油的脱氮效率分别达到81.2%，89.1%和60.0%，62.7%。重复利用5次仍具有良好的脱氮性能。
　　4．对比了[BuMe3Py]HSO4、[HexMe3Py]HSO4、[BuMe3Py]BF4、[BuMIm]HSO4、[BnN(Et)3]HSO4、[BuMIm]Cl、[MeTEA][Bu]和[MeTEA][Ac]对汽油和柴油的脱氮性能。实验结果表明，酸性的吡唑类离子液体具有更加优异的脱氮性能。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1油品中的元素组成

1.2油品脱氮方法

1.3离子液体简介

1.4离子液体的种类

1.5离子液体的性质

1.6离子液体的合成

1.7离子液体的应用

1.8立题

2 吡唑类衍生物的合成

2.1主要实验试剂

2.2主要仪器

2.3 1,3,5-三甲基吡唑的合成

2.4 1-乙基-3,5-二甲基吡唑的合成

2.5结果与讨论

2.6本章小结

3 吡唑类离子液体的合成

3.1主要实验试剂

3.2主要仪器

3.3离子液体的合成

3.4结果与讨论

3.5本章小结

4 中性阴离子离子液体的脱氮性能研究

4.1模拟油品配制

4.2吡啶的吸光度(A)-氮含量(mg/mL)关系标准曲线

4.3离子液体脱氮实验

4.4实验结果与讨论

4.5本章小结

5 酸性阴离子离子液体的脱氮性能研究

5.1模拟油品的配制

5.2喹啉的吸光度(A)-氮含量(μg/mL)关系标准曲线

5.3离子液体酸度测试

5.4离子液体脱氮实验

5.5实验结果与讨论

5.6离子液体脱除汽油和柴油中氮化物

5.7本章小结

6 结论

参考文献

附录A

在学研究成果

致谢