TiO2光催化强化[HO2MMim][HSO4]-H2O2脱除煤中有机硫的研究

作者：王兰云; 温兴琳; 刘泽健; 张亚娟; 卢晓冉; 刘真; 周华健; 徐永亮^*

来源：工程科学学报, 2023, 45(01): 72-81.

DOI：10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.24.003

• 光催化氧化脱硫
• 噻吩
• 砜
• 羟基自由基
• Materials Studio
• COSMO

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，[HO2MMim][HSO4]-H2O-H2O2-TiO2(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[HO2MMim][HSO4]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[HO2MMim][HSO4]中.

• 单位
  河南理工大学; 南京工业大学