用于深度脱硫聚合离子液体介孔材料的制备与性能
燃油深度脱硫一直是化学化工领域较为热门的研究课题之一，而离子液体对燃油中不易脱除的噻吩类硫化物良好的萃取性能已经得到了证实，但是，离子液体应用中的各种问题如高粘性、毒性、性价比低等都制约着离子液体在深度脱硫领域的应用。聚合离子液体是一种以离子液体为单体聚合的新型固体材料，既有离子液体本身的特性，又属于聚合材料，具有一定的机械强度和结构，因而可综合得到比离子液体单体更优良的性能。聚合离子液体应用于CO2、N2等气体吸附已得到了大量研究，用于焦油中苯酚吸附也已见报端，但聚合离子液体吸附脱硫的研究报道却较为少见，本文在这一领域进行了探索研究。 本文采用三种不同方法，制备了三种不同结构的聚合物前驱体及其接枝改性得到的聚合离子液体。对氯甲基苯乙烯经自由基均聚反应得到无孔的、聚合度为200的线性聚合物PCE-1。该聚合物经N-甲基咪唑接枝得到聚合离子液体PIL-1，其分解温度200℃，离子液体官能组分的含量为0.00316 mol·g-1。工业聚对氯甲基苯乙烯树脂PCE-2为多孔的共聚物颗粒，其比表面积为33.19 m2·g-1，平均孔径14.40 nm;该树脂经N-甲基咪唑接枝得到聚合离子液体PIL-2。PIL-2为介孔材料，其平均孔径9.1 nm，比表面积25.06 mLg-1，分解温度200℃，离子液体官能组分的含量为0.0029mol·g-1。PCE-2通过二氯甲烷的傅-克反应，得到二次交联改性的聚合物PCE-3，其比表面积大幅度提高到370.53 m2·g-1，微孔比表面积190.12m2·g-1，平均孔径3.83 nm; PCE-3经N-甲基咪唑接枝得到聚合离子液体PIL-3，其比表面积151.79 m2·g-1，微孔比表面积46.45 m2·g-1，平均孔径7.89 nm，分解温度200℃，离子液体官能组分的含量为0.00206mol·g-1。 本文测定了三种聚合离子液体及其聚合物基体对噻吩类硫化物T、BT、DBT的吸附性能。结果表明，具有多孔结构的树脂基体PCE-2和PCE-3自身具有一定的物理吸附脱硫能力，其对三种硫化物的吸附性能顺序为DBT＞BT＞T，其中PCE-3对DBT的吸附量可达4.08 mgS·g-1(25℃，油剂比50∶1)。三种聚合离子液体对不同硫化物的吸附性能顺序与其电中性的树脂基体正相反，为T＞ BT＞DBT，说明其吸附的机理发生了变化，即由物理吸附变为了化学吸附为主。对每种硫化物，三种聚合离子液体的吸附性能与其多孔程度和比表面积有关，其顺序均为PIL-3＞PIL-2＞PIL-1，其中PIL-3对T的吸附量可达3.67 mgS·g-1（25℃，油剂比50∶1）。通过PCE基体改性前后脱硫性能的横向对比和三种PILs脱硫性能纵向对比表明，获得具有高比表面积微孔结构的聚合离子液体有利于充分发挥其物理吸附和化学吸附作用，是提高其脱硫性能的关键。此外，本文研究发现聚合离子液体吸附脱硫可以在较短的时间(1h)内达到平衡，油中芳烃的存在会降低聚合离子液体对噻吩类硫化物的吸附性能。
聚合离子液体;介孔材料;制备工艺;分解温度
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
李春喜
2015
中文
O652.62
88
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）