TiO_(2)光催化强化[HO_(2)MMim][HSO_(4)]-H_(2)O_(2)脱除煤中有机硫的研究

燃煤中的硫严重影响了煤炭的高效利用,将光催化氧化引入到萃取脱硫体系,可以显著地提高离子液体萃取脱硫效率.为了进一步研究脱硫机理,采用实验结合计算机仿真模拟对其进行了分析.实验结果表明将光催化反应过程与离子液体萃取过程耦合,可有效脱除煤中的有机硫,[HO_(2)MMim][HSO_(4)]−H_(2)O−H_(2)O_(2)−TiO_(2)(质量比5∶5∶10∶4)光催化处理后的煤的有机硫脱硫率最高可达12.40%.Materials Studio分析得出由光催化产生的羟基自由基(·OH)具有较强的氧化性,·OH的氧原子附近所在区域呈负电性,容易与噻吩中S原子的正电势点产生静电力并形成S=O双键;另外,离子液体的加入使得原本噻吩环上的最低空轨道消失,还降低了最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)的能级差,使反应更容易进行.使用COSMO软件分析发现离子液萃取作用体现在[HO_(2)MMim][HSO_(4)]中咪唑的五元杂环结构通过范德华力与噻吩、砜分子之间成键,使硫化物不断被萃取到离子液体相中;外加氧化剂使反应中化学势较高的砜比噻吩更容易进入到化学势低的离子液[HO_(2)MMim][HSO_(4)]中.

水溶液对光催化煤脱硫实验的影响

为提高燃煤中硫的脱除率,采用光催化氧化法脱硫,利用30%过氧化氢(H_(2)O_(2))作为氧化剂、SiO_(2)作为光催化剂,加入1 g水溶液,使其在紫外灯照射下反应,或者在紫外光照射后加入1 g水溶液,观察煤中硫含量的变化。结果表明:水溶液可以增加氧化物质,提高溶剂的氧化性,H_(2)O_(2)-SiO_(2)-H_(2)O光催化处理后煤样的无机硫脱除率达到40%左右,有机硫脱除率最大可以达到9.69%。加入过氧化氢会优先去除无机硫,但是过量的过氧化氢反而会捕获羟基自由基导致体系的氧化性减弱,脱硫率降低;光照结束后加入水溶液时煤的有机硫脱除率提高,说明水溶液在一定程度上可以促进光催化煤脱硫。FTIR和XPS分析表明光催化对噻吩、砜和亚砜的脱除效果好;模拟分析表明水溶液可以在紫外光辐射下产生羟基自由基;而噻吩内部为负电性区域,外部区域呈正电性,羟基自由基的氧原子附近所在区域呈负电性,所以高电负性羟基自由基容易攻击噻吩等高电子云密度点,使其氧化成极性更大的物质,最后通过萃取将其与煤分离。