軽油の酸化脱硫用の新規ジェミニイオン液体

Mar 19, 2024

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6198 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

N1,N1,N3,N3-テトラメチル –N1,N3-ジフェニルプロパン-1,3-二塩化ジアミニウム イオン液体 (ILc) は、軽油 (硫黄含有量 = 2400 ppm) の酸化抽出脱硫用の環境に優しい触媒です。酸化剤としての H2O2 の存在。 調製したILの正確な構造は、FT-IR分光法および 1 H-NMRを使用して確認した。 反応温度、IL 比、H2O2 投与量、および反応時間を研究して、脱硫効率に対するそれらの影響を評価しました。 酸化反応の熱力学的パラメーターが決定されました。 有機溶媒としてアセトニトリルを使用し、溶媒対供給物の比１：１（ｖ／ｖ）で抽出脱硫プロセスを行った後、８４．７％の脱硫効率が得られた。 さらに、調製したILは、脱硫性能や化学構造に大きな変化を与えることなく6サイクル以上再利用することができ、再利用性の高さが確認できます。

化石燃料中の硫黄化合物は、石油精製所にとって大きな課題となっています1。 硫黄含有化石燃料の燃焼中に生成される硫黄酸化物 (SOx) は、深刻な大気汚染、特に酸性雨や曇天の主な原因です2。 水素化脱硫 (HDS) は石油精製における重要なプロセスです。 これは石油の脱硫に一般的に使用され、金属触媒を使用して燃料中の有機硫黄を硫化水素および関連する炭化水素に変換します3、4、5。 HDS は、チオエーテルやメルカプタンなど、低沸点で立体障害のない硫化物を効果的に除去するために産業界で広く使用されています6、7。 ただし、この技術には大量の水素消費、高価な触媒、および非常に厳しい反応条件が必要です8,9。 効率的な脱硫は、多段階抽出脱硫 (EDS) によって達成できます10,11。 しかし、大量の抽出剤が使用され、プロセス中に再生の問題が発生する可能性があるため、プロセスコストは高くなります1、12、13。 酸化的脱硫 (ODS) には大量の触媒が必要です 14、15、16、17。 さらに、再生の困難さと再現性の低下は、プロセス中の触媒活性サイトの損失によって引き起こされます。 したがって、高い脱硫効率を備えた新しい触媒と抽出剤を開発することが不可欠です18、19、20、21。 芳香族硫化物を酸化して対応するスルホンを生成し、続いて典型的な ODS プロセスで抽出により除去します 15、22、23、24。 H2O2 は、その強い反応性、低コスト、および環境適合性により、ODS で最も使用される酸化剤です 25、26、27、28。 通常、引火性および揮発性の有機溶媒が抽出剤として使用され、さらなる安全性および環境上の問題を引き起こす可能性があります。 EDS 法の開発は、高い溶媒対油比の要件と、環境に優しい抽出溶媒の不足によって制約されています 2,29,30。 有機溶媒は EDS の抽出媒体として使用できます。 ただし、揮発性が高く、硫黄化合物に対する選択性が低く、毒性が高いため、重大な制限があります31。 したがって、環境に優しい、つまり生分解性、不揮発性、無毒の新しい抽出溶媒を開発する必要があります。 EDS にイオン液体 (IL) を使用することは環境に優しい方法であり、耐火性 S 化合物を除去するために使用されることが増えています 8。 IL は低融点の塩で、通常は融点が 100 °C 未満です。 IL は、制御可能な物理化学的特性、強力な熱安定性、低揮発性、長期安定性などのユニークな特性を示します。 その独特の特性により、それらは化学合成、燃料脱硫、および生物分離のための環境に優しい溶媒として使用されます32,33。 さらに、IL は芳香族硫黄化合物と錯体を形成する能力が高く、燃料油とは混和しません 34。 張ら。 200435 は、(AlCl3-TMAC) 中の 1-アルキル-3-メチルイミダゾリウム [AMIM] テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、およびトリメチルアミン塩酸塩 (TMAC) をイオン液体として採用しました。 EMIMBF4 (E = エチル)、BMIMPF6 (B = ブチル)、BMIMBF4、およびより重い AMIMPF6 は、輸送用燃料の抽出脱硫および脱窒素において、特に芳香族硫黄および窒素化合物に対して良好な選択性を示しました。 使用済みのイオン液体は、蒸留または吸収された分子の水置換によって容易に再生されます。 吸着した芳香族含S化合物も定量的に回収できます。 芳香族π電子密度が高い有機化合物は、より効率的に吸収されます。 立体効果の結果、芳香環上のアルキル置換により吸収能力が大幅に減少します。 IL のカチオンとアニオンのサイズと構造は、芳香族化合物の吸収能力に影響します。 相互に妨害することなく、S および N 含有化合物を低濃度で抽出できます。 通常、AlCl3-TMAC IL は芳香族化合物に対して高い吸収能力を示します。 軽油から硫黄化合物を除去するために、Lo ら 36 は、溶媒抽出と化学酸化を組み合わせて、室温 IL (RTIL)、つまり 1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレートおよび 1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム ヘキサフルオロリン酸を使用しました。 。 軽油では、RTIL を使用して硫黄化合物を抽出し、ワンポット操作で S-酸化 (H2O2-酢酸) を通じて対応するスルホンを生成できます。 軽油からの硫黄化合物の酸化と抽出を同時に行うことで、脱硫収率が向上します。 RTIL は、その活性を失うことなく再利用およびリサイクルできます。