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水对离子液体在燃油萃取脱硫应用上的影响:COSMO-RS理论与实验研究
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水对离子液体在燃油萃取脱硫应用上的影响:COSMO-RS理论与实验研究

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在研究离子液体(ILs)对燃油萃取脱硫(EDS)时,系统中必不可少的水可能会产生重大影响,在许多情况下会产生严重的负面影响。但是,很少有研究考虑到这一特殊问题,并且几乎没有报道过水对EDS的促进作用。     

 

华东理工大学的漆志文教授团队,首先用COSMO-RS来计算各种IL/H2O混合物EDS的容量和选择性。他们考虑了包含不同的ILs,并且水的浓度范围很广。最后用具有代表性的ILs,[C4MIM][H2PO4],进行了实验。COSMO-RS预测结果表明, [C4MIM][H2PO4]在少量水的情况下,萃取能力稳定、甚至有所提高。通过对脱硫率、交溶性和脱硫燃料中水含量的分析,实验验证了水在一定范围内(˂10 wt%)具有促进EDS的作用。此外,结合粘度,溶剂-溶质相互作用和基于COSMO-RS的分析,解释了水的这种作用。以庚烷和甲苯为燃料组分模型,噻吩为代表硫化合物,对EDS体系进行了模拟。这些IL/H2O混合物覆盖了广泛的水浓度范围和各种ILs,因此可以推测水对不同ILs的EDS性能的影响。

 

                  

图1 COSMO-RS预测不同阴离子基IL/ H2O混合物中噻吩的容量(a)和选择性(b)与混合物中水质量分数的函数。

 

图2 COSMO-RS预测不同阳离子型IL/ H2O混合物中噻吩的容量(a,b)和选择性(c,d)与混合物中水的质量分数的关系。

 

图3 通过实验确定了[C4MIM][H2PO4]/H2O混合料中的水浓度对其EDS性能的影响。D是脱硫率。

 

图4 [C4MIM][H2PO4]的动力学粘度与水浓度的关系。

 

           

图5 庚烷,纯净的[C4MIM] [H2PO4]和[C4MIM] [H2PO4] / H2O混合物(不同水浓度)中噻吩的紫外-可见光谱。

 

      

图6 [C4MIM] [H2PO4]的阳离子和阴离子以及EDS系统中其他化合物的σ-Profiles与COSMO-cavities

 

通过COSMO-RS和实验方法评估了水对离子液体EDS性能的影响。COSMO-RS的预测表明,水对离子液体EDS性能的影响在一定程度上取决于阴离子的特性,而对阳离子烷基链长度的依赖性较小,并指出水在小浓度范围内对强亲水阴离子离子液体有良好的作用。以IL [C4MIM][H2PO4]为代表的实验结果表明,当水浓度低于10 wt%时,可以促进脱硫率,降低燃料在IL中的溶解度,而ILs的溶解度和水在脱硫燃料中的含量不会变化,基本上验证了COSMO-RS预测。从IL的粘度,溶剂溶质相互作用和基于COSMO-RS的极性分析中可以合理地解释水的这种作用。本文为研究水对选择IL进行EDS或其他类似系统的影响提供基础。

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