بررسی کاتالیست های دارای وانادیم اکسید در فرایند گوگردزدایی اکسایشی برای حذف دی بنزوتیوفن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

فرایند گوگردزدایی اکسایشی (ODS) به عنوان مکملی مناسب برای فرایند گوگردزدایی هیدروژنی (HDS) برای حذف ترکیب‌های گوگردی مقاوم مانند بنزوتیوفن، دی­بنزوتیوفن و مشتقات آلکیلی آن­ها محسوب می­ شود.  وانادیم اکسید دارای حالت ­های اکسایشی متنوعی است و وجود این ویژگی اکسایش-کاهش باعث ایجاد ویژگی یگانه‌ای در کاتالیست­ های دارای وانادیم می­ شود. در این پژوهش کاتالیست­ های دارای  وانادیم اکسید بر پایه  گاما-آلومینا به روش تلقیح خشک سنتز شده و سپس به عنوان کاتالیست واکنش گوگردزدایی اکسایشی مورد ارزیابی قرار گرفتند. به منظور شناسایی بهتر ساختار کاتالیست­ های مصرفی، روش‌های متنوع تعیین مشخصه‌های کاتالیستی مانند جذب  و دفع نیتروژن، پراش پراتو ایکس (XRD)، طیف­ سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) مورد استفاده قرار گرفتند. فرایند گوگردزدایی اکسایشی در دمای C°80 و فشار یک اتمسفر با نسبت مولی اکسنده ترشیری­ بوتیل هیدروپروکسید به دی‌بنزوتیوفن (O/S) برابر با 5 و در حضور 03/0 گرم کاتالیست به ازای 3 گرم سوخت مدل که دارای ppmw 500 گوگرد به صورت دی­بنزوتیوفن بود، انجام شد. مقایسه عملکرد نمونه‌های کاتالیستی با درصد وزنی­ه ای گوناگون وانادیم شامل 2، 3 و 6% وزنی سنتز نشان داد بیش­ترین درصد گوگردزدایی مربوط به کاتالیست دارای 6% وانادیم بود که توانست در مدت زمان 5 دقیقه از شروع واکنش به درصد تبدیل 100% دی‌بنزوتیوفن دست یابد. همچنین اثر نسبت O/S بر عملکرد گوگردزدایی کاتالیست بهینه دارای 6% وانادیم نیز بررسی شد و بهترین نتیجه گوگردزدایی در O/S برابر با 5 به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Huang C., Sun R., Lu H., Yang Q., Hu J., Wang H., Liu H., A Pilot Trial for Fast Deep Desulfurization on MOF-199 by Simultaneous Adsorption-Separation via Hydrocyclones, Separation and Purification Technology, 182: 110-117 (2017).
[2] Zhang L., Wang J., Sun Y., Jiang B., Yang H., Deep Oxidative Desulfurization of Fuels by Superbase-Derived Lewis Acidic Ionic Liquids, Chemical Engineering Journal, 328: 445-453 (2017).
[3] Liu H., Bao S., Cai Z., Xu T., Li N., Wang L., Chen H., Lu W., Chen W., A Novel Method for Ultra-Deep Desulfurization of Liquid Fuels at Room Temperature, Chemical Engineering Journal, 317: 1092-1098 (2017).
[4] Zeng X., Xiao X., Li Y., Chen J., Wang H., Deep Desulfurization of Liquid Fuels with Molecular Oxygen through Graphene Photocatalytic Oxidation, Applied Catalysis B: Environmental, 209: 98-109 (2017).
[5] Hou L.-p., Zhao R.-x., Li X.-p., Gao X.-h., Preparation of MoO2/g-C3N4 Composites with a High Surface Area and its Application in Deep Desulfurization from Model Oil, Applied Surface Science, 434: 1200-1209 (2018).
[6] Gao Y., Gao R., Zhang G., Zheng Y., Zhao J., Oxidative Desulfurization of Model Fuel in the Presence of Molecular Oxygen over Polyoxometalate based Catalysts Supported on Carbon Nanotubes, Fuel, 224: 261-270 (2018).
[7] Srivastava V. C., An Evaluation of desulfurization Technologies for Sulfur Removal from Liquid Fuels, Rsc Advances, 2: 759-783 (2012).
[8] Babich I., Moulijn J., Science and Technology of Novel Processes for Deep Desulfurization of Oil Refinery Streams: A Review, Fuel, 82: 607-631 (2003).
[9] Javadli R., De Klerk A., Desulfurization of Heavy Oil, Applied Petrochemical Research, 1: 3-19 (2012).
[10] Wei S., He H., Cheng Y., Yang C., Zeng G., Kang L., Qian H., Zhu C., Preparation, Characterization, and Catalytic Performances of Cobalt Catalysts Supported on KIT-6 Silicas in Oxidative Desulfurization of Dibenzothiophene, Fuel, 200: 11-21 (2017).
[11] Han X., Wang A., Wang X., Li X., Wang Y., Hu Y., Catalytic Performance of P-Modified MoO3/SiO2 in Oxidative Desulfurization by Cumene Hydroperoxide, Catalysis Communications, 42: 6-9 (2013).
[12] Fraile J.M., Gil C., Mayoral J.A., Muel B., Roldán L., Vispe E., Calderón S., Puente F., Heterogeneous Titanium Catalysts for Oxidation of Dibenzothiophene in Hydrocarbon Solutions with Hydrogen Peroxide: On the Road to Oxidative Desulfurization, Applied Catalysis B: Environmental, 180: 680-686 (2016).
[13] Zhang Y., Li G., Kong L., Lu H., Deep Oxidative Desulfurization Catalyzed by Ti-based Metal-Organic Frameworks, Fuel, 219: 103-110 (2018).
[14] Jia Y., Li G., Ning G., Efficient Oxidative Desulfurization (ODS) of Model Fuel with H2O2 Catalyzed by MoO3/γ-Al2O3 under Mild and Solvent Free Conditions, Fuel Processing Technology, 92: 106-111 (2011).
[15] Shi C., Wang W., Liu N., Xu X., Wang D., Zhang M., Sun P., Chen T., Low Temperature Oxidative Desulfurization with Hierarchically Mesoporous Titaniumsilicate Ti-SBA-2 Single Crystals, Chemical Communications, 51: 11500-11503 (2015).
[16] Chamack M., Mahjoub A., Aghayan H., Catalytic Performance of Vanadium-Substituted Molybdophosphoric Acid Supported on Zirconium Modified Mesoporous Silica in Oxidative Desulfurization, Chemical Engineering Research and Design, 94: 565-572 (2015).
[17] Kholdeeva O.A., Recent Developments in Liquid-Phase Selective Oxidation Using Environmentally Benign Oxidants and Mesoporous Metal Silicates, Catalysis Science & Technology, 4: 1869-1889 (2014).
[18] Shen D., Dai Y., Han J., Gan L., Liu J., Long M., A Nanocellulose Template Strategy for the Controllable Synthesis of Tungsten-Containing Mesoporous Silica for Ultra-Deep Oxidative Desulfurization, Chemical Engineering Journal, 332: 563-571 (2018).
[19] Kon Y., Yokoi T., Yoshioka M., Tanaka S., Uesaka Y., Mochizuki T., Sato K., Tatsumi T., Selective Hydrogen Peroxide Oxidation of Sulfides to Sulfoxides or Sulfones with MWW-Type Titanosilicate Zeolite Catalyst under Organic Solvent-Free Conditions, Tetrahedron, 70: 7584-7592 (2014).
[20] Yu G., Lu S., Chen H., Zhu Z., Oxidative Desulfurization of Diesel Fuels with Hydrogen Peroxide in the Presence of Activated Carbon and Formic Acid, Energy & Fuels, 19: 447-452 (2005).
[21] Saleh T.A., Al-Hammadi S A., Tanimu A., Alhooshani K., Ultra-Deep Adsorptive Desulfurization of Fuels on Cobalt and Molybdenum Nanoparticles Loaded on Activated Carbon Derived from Waste Rubber, Journal of Colloid and Interface Science, 513: 779-787 (2018).
[22] Cedeño-Caero L., Gomez-Bernal H., Fraustro-Cuevas A., Guerra-Gomez H. D., Cuevas-Garcia R., Oxidative Desulfurization of Synthetic Diesel Using Supported Catalysts: Part III. Support Effect on Vanadium-based Catalysts, Catalysis Today, 133: 244-254 (2008).
[23] Alvarez-Amparán M.A., Cedeño-Caero L., MoOx-VOx based Catalysts for the Oxidative Desulfurization of Refractory Compounds: Influence of MoOx-VOx Interaction on the Catalytic Performance, Catalysis Today, 282: 133-139 (2017).
[24] Muhammad Y., Shoukat A., Rahman A.U., Rashid H. U., Ahmad W., Oxidative Desulfurization of Dibenzothiophene over Fe Promoted Co–Mo/Al2O3 and Ni–Mo/Al2O3 Catalysts Using Hydrogen Peroxide snd Formic Acid as Oxidants, Chinese Journal of Chemical Engineering, 26: 593-600 (2018).
[25] Subhan S., Rahman A.U., Yaseen M., Rashid H.U., Ishaq M., Sahibzada M., Tong Z., Ultra-Fast and Highly Efficient Catalytic Oxidative Desulfurization of Dibenzothiophene at Ambient Temperature over Low Mn Loaded Co-Mo/Al2O3 and Ni-Mo/Al2O3 Catalysts Using Naclo as Oxidant, Fuel, 237: 793-805 (2019).
[26] Gómez-Bernal H., Cedeño-Caero L., Gutiérrez-Alejandre A., Liquid Phase Oxidation of Dibenzothiophene with Alumina-Supported Vanadium Oxide Catalysts: An Alternative to Deep Desulfurization of Diesel, Catalysis Today, 142: 227-233 (2009).
[27] Bazyari A., Mortazavi Y., Khodadadi A.A., Thompson L.T., Tafreshi R., Zaker A., Ajenifujah O.T., Effects of Alumina Phases as Nickel Supports on Deep Reactive Adsorption of (4, 6-Dimethyl) Dibenzothiophene: Comparison Between γ, δ, and θ-Alumina, Applied Catalysis B: Environmental, 180: 312-323 (2016).
[28] Aboelfetoh E.F., Pietschnig R., Preparation and Catalytic Performance of Al2O3,TiO2 and SiO2 Supported Vanadium Based-Catalysts for C–H Activation, Catalysis Letters, 127: 83-94 (2009).
[29] Ogunlaja A., Abdul-quadir M., Kleyi P., Ferg E., Watts P., Tshentu Z., Towards Oxidative Denitrogenation of Fuel Oils: Vanadium Oxide-Catalysed Oxidation of Quinoline and Adsorptive Removal of Quinoline-N-Oxide Using 2, 6-Pyridine-Polybenzimidazole Nanofibers, Arabian Journal of Chemistry (2017).
[30] Liu G., Zhao Z.-J., Wu T., Zeng L., Gong J., "Nature of the Active Sites of VOx/Al2O3 Catalysts for Propane Dehydrogenation, ACS Catalysis, 6: 5207-5214 (2016).
[31] Teimouri A., Mahmoudsalehi M., Salavati H., Catalytic Oxidative Desulfurization of Dibenzothiophene Utilizing Molybdenum and Vanadium Oxides Supported on MCM-41, International Journal of Hydrogen Energy, 43: 14816-14833 (2018).
[32] Shojaei A.F., Rezvani M.A., Loghmani M.H., Comparative Study on Oxidation Desulphurization of Actual Gas Oil and Model Sulfur Compounds with Hydrogen Peroxide Promoted by Formic Acid: Synthesis and Characterization of Vanadium Containing Polyoxometalate Supported on Anatase Crushed Nanoleaf, Fuel Processing Technology, 118: 1-6 (2014).
[33] Estephane G., Lancelot C., Blanchard P., Toufaily J., Hamiye T., Lamonier C., Sulfur Compounds Reactivity in the ODS of Model And Real Feeds on W–SBA Based Catalysts, RSC Advances, 8: 13714-13721 (2018).
 [34] Luo G., Kang L., Zhu M., Dai B., "Highly Active Phosphotungstic Acid Immobilized on Amino Functionalized MCM-41 for the Oxidesulfurization of Dibenzothiophene, Fuel Processing Technology, 118: 20-27 (2014).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار