多孔聚离子液体的构筑及其吸附脱硫的应用

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降低燃油中的硫含量,减少硫排放是环境领域关注的课题。吸附脱硫法可深度脱除燃油中难去除的噻吩类硫化物,具有重要的研究意义。多孔聚离子液体既保留离子液体优异的功能特性,又具有丰富的孔道结构,是新型的燃油深度脱硫吸附材料。本文通过环三聚反应和自由基聚合反应合成了系列多孔聚离子液体,并对其脱硫性能和脱硫机理进行了探究。主要内容包括:  (1)提出了通过环三聚反应一步合成多孔聚离子液体的新方法,解决了聚离子液体材料中活性官能团与孔比表面积相互制约的瓶颈问题。合成了离子液体单体氯化双丙炔咪唑([BPPIM]Cl),通过环三聚反应,三键断裂并环化生成刚性苯环,得到了具有多孔聚离子液体P[BPPIM]。所得材料对二苯并噻吩(DBT)的饱和吸附量可达37.13mgS·g-1,为目前所报道的多孔聚离子液体的最高吸附量。通过密度泛函理论优化并构筑P[BPPIM]的立体片段,通过对比DBT与[BPPIM]Cl和P[BPPIM]片段之间的分子间相互作用力,表明咪唑环与苯环存在协同作用,强化了其脱硫性能。同时P[BPPIM]对DBT的吸附符合Langmuir模型和准二级动力学模型。  (2)通过自由基聚合反应将氯化双丙烯咪唑分别与二乙烯基苯和1,3,5-三(4-乙烯基苯基)苯共聚合成多孔聚离子液体P[B-AIM]Cl和P[tPB-AIM]Cl,继续考察孔道结构、咪唑环与苯环协同作用对脱硫性能的影响。进一步,通过离子交换法合成了系列Lewis酸型聚离子液体MCln/PIL(Cl),包括FeCl3/PIL(Cl)、 ZnCl2/PIL(Cl)、 CuCl/PIL(Cl)和AlCl3/PIL(Cl)。所合成的PIL(Cl)和MCln/PIL(Cl)均具有微孔-介孔的多级孔结构,比表面积最高可达757.9m2·g-1。Lewis酸型MCln/PIL(Cl)的吸附量关系为AlCl3/PIL(Cl)>ZnCl2/PIL(Cl)>CuCl/PIL(Cl)>FeCl3/PIL(Cl)>PIL(Cl),其中AlCl3/P[tPB-AIM] Cl对DBT的饱和吸附量高达42.18mgS·g-1。其高比面积、微孔-介孔多级孔结构、以及咪唑环、苯环和Lewis酸AlCl4-的协同作用均强化了其吸附脱硫性能。
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