聚合离子液体的制备及其用于燃油深度脱硫的应用研究

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DBT＞BT＞甲苯-DBT＞T;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。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 燃油脱硫背景

1．2 燃油脱硫方法

1．3 离子液体概述

1．4 聚合离子液体

1．4．1 聚合离子液体制备

1．4．2 聚合离子液体的应用

1．5 本论文的意义与研究内容

1．5．1 本论文的研究意义

1．5．2 本论文的研究内容

第二章 实验仪器及主要分析方法

2．1 实验仪器与试剂

2．2 分析测试条件及方法

2．2．1 元素分析

2．2．2 分子量测定

2．2．3 傅里叶红外变换光谱

2．2．4 扫描电子显微镜

2．2．5 差示热分析仪

2．2．6 比表面积测定

2．3 模型油中硫含量分析

2．3．1 硫含量分析方法

2．3．2 模型油中硫种类的选择

2．3．3 硫氮分析仪分析硫含量

2．4 本章小结

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

3．1 引言

3．2 PIL-1的合成

3．2．1 合成原理

3．2．2 实验装置

3．2．3 制备方法

3．2．4 反应条件对PIL-1合成的影响

3．3 表征方法

3．3．1 凝胶渗透色谱(GPC)法测分子量

3．3．2 元素分析

3．3．3 扫描电镜

3．3．4 红外光谱分析

3．3．5 比表面积测定

3．3．6 热稳定性分析

3．4 对模拟油中噻吩类化合物的吸附性能研究

3．4．1 模型油的配制

3．4．2 吸附平衡时间的确定

3．4．3 对不同硫的等温吸附曲线

3．4．4 PIL-1脱硫结果分析

3．5 本章小结

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

4．1 引言

4．2 乙烯基咪唑-二乙烯基苯共聚物的合成

4．2．1 合成原理

4．2．2 制备方法

4．3 乙烯基咪唑-二乙烯基苯共聚物的表征

4．3．1 元素分析

4．3．2 扫描电镜

4．3．3 红外光谱分析

4．3．4 比表面积测定

4．3．5 热稳定性分析

4．4 多孔共聚物的“离子化”反应

4．4．1 合成原理

4．4．2 制备方法

4．5 改性PILs的表征

4．5．1 扫描电镜

4．5．2 红外光谱分析

4．5．3 比表面积测定

4．5．4 热稳定性分析

4．6 对模拟油中噻吩类化合物的吸附性能研究

4．6．1 模型油的配制

4．6．2 吸附动力学与平衡时间

4．6．3 不同吸附剂的脱硫容量比较

4．6．4 不同吸附剂的吸附等温线

4．7 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

导师及作者简介