[00142810]芳环基功能化离子液体杂化膜材料在柴油深度脱硫中的应用研究

1、课题来源与背景 燃油中硫含量过高对环境带来的负面影响越来越严重。“芳环基功能化离子液体杂化膜材料在柴油深度脱硫中的应用研究”课题针对燃油中的有机硫化物,提出功能化离子液体膜过滤式或接触式深度除硫的想法,于2014年10月得到甘肃省科技厅正式立项,项目编号为144GKGA031。 2、研究目的与意义 本项目拟设计合成多种功能化离子液体,并将其固载于聚合物材料或自聚制备功能化离子液体杂化膜材料用于燃油的深度脱硫。详细考察膜材料的制备条件对膜在燃油深度脱硫方面性能的影响,可控制备多种功能化离子液体膜材料用于燃油深度脱硫。燃油中有机硫的深度脱除,不仅提高燃油的利用率,而且有利于保护环境,消除硫污染。 3、主要论点与论据 键合型功能化离子液体膜材料制备方法简单,易于操作。功能化离子液体在膜材料中的含量显著影响膜对燃油中硫的脱除能力;同时,离子液体的量也对膜的微观结构有显著影响。功能化离子液体在杂化膜中含量低于20.0（wt）%时,膜材料脱除有机硫的能力随离子液体含量的增加而升高;高于20.0（wt）%时,膜材料更加致密,但脱硫性能没有显著提升。此外,膜的厚度对其脱除硫的性能也有显著影响：厚度为0.2mm的均匀键合膜材料对于硫含量低于80 ppm的模拟燃油一次性噻吩脱除率达到49%,二苯并噻吩达到52%,而对2-甲基-2-丙硫醇脱除率则为33%。对于噻吩含量为400 ppm的模拟燃油,键合膜一次性脱除量达到80%。因此,键合型芳环基功能化离子液体膜材料能够有效脱除燃油中噻吩类有机硫化物,对于硫含量较高的初级燃油中噻吩类硫化物脱除量显著高于低硫含量油品;但对硫醇类化合物的脱除能力则相对降低。对于这类键合型功能化离子液体膜材料,溶胶凝胶键合提高了离子液体在聚合物膜材料上的稳定性,在使用和再生过程中不易流失,但功能化离子液体的结构、成膜基质的选择有待进一步改进。 相对于键合型膜材料,聚合型功能化离子液体膜材料的制备需要在引入引发剂条件下完成,反应条件对聚合膜的结构和性能有显著影响。当引发剂量低于0.5（wt）%时,聚合功能化离子液体膜材料具有高的渗透通量,但抗溶胀性相对较差;而当引发剂量高于0.5（wt）%时,聚合功能化离子液体膜材料虽然抗溶胀性能稳定,溶胀率小,但燃油渗透通量降低。因此,选取0.5（wt）%的AIBN作为功能化离子液体单体聚合反应的引发剂,制备的超滤膜结构对称,对2-甲基-2-丙硫醇具有深度脱除效果。引发剂选择和特殊功能化离子液体合成在聚合离子液体膜材料制备方面有待进一步改进。 4、创见与创新 （1） 柴油深度脱硫材料的创新： 无论在国内,还是国外,借助离子液体对燃油进行脱硫一直备受关注,但主要集中在离子液体体系萃取脱硫技术和萃取与氧化相结合脱硫技术的研究,功能化离子液体膜材料吸附法深度脱除FCC 燃油中有机硫的研究还是一片“处女地”。和直接利用离子液体进行萃取脱硫相比,这种技术实施过程简单,条件温和,解决了萃取剂流失问题,减少了环境污染;同时,膜技术易于和HDS 结合,是HDS 在深度脱硫方面的有益补充,节约资本。 （2） 揭示功能化离子液体膜材料脱硫新机制： 具有深度脱硫性能的膜材料中功能化离子液体分子结构,阴阳离子分布,分子间距离等情况还没有相关研究。本课题设计制备对硫醇和噻吩类有机硫化物具有吸附脱除作用的功能化离子液体膜材料,通过分子模拟和实验相结合,从微观结构上分析膜材料脱硫机制,属于原创性研究。 （3） 制备新的功能化离子液体基膜材料： 从膜制备条件-微观结构-宏观性能三个方面,多角度总结功能化离子液体膜材料结构调控技术和性能调控技术,制备新型功能化离子液体基膜材料。 5、社会经济效益,存在的问题 目前实验局限于模拟柴油的脱硫试验,真实油品脱硫有待进一步深化。 6、历年获奖情况 无 7、成果简介 研究发表SCI论文2篇,在审2篇,申报发明专利1项。