活性炭載磷鎢酸輔助氧化脫硫

　　柴油、噴氣燃料、汽油和煤油是運輸和工業領域技術發展必不可少的通用燃料。未經處理的柴油可以達到9997ppm的硫成分。脫硫技術對于去除柴油中的硫化合物以獲得清潔燃料至關重要,活性炭具有多孔性和穩定性，可改善雜多酸的接觸反應。它還通過提高其穩定性和可再生性，為磷鎢酸等酸性催化劑提供額外的支持。在這項研究中，混合輔助氧化脫硫與高剪切混合器結合使用，以活性炭負載磷鎢酸為催化劑來進行柴油的脫硫的測試。

　　活性炭負載磷鎢酸催化劑的表征

　　通過利用SEM研究了合成催化劑活性炭載磷鎢酸的表面形態。這證實了對活性炭的有效浸漬。圖1(a)中的SEM結果顯示了基于樣品催化劑中7500倍放大率的浸漬過程后合成的活性炭載磷鎢酸的顯微照片。結果表明，有明顯的小顆粒痕跡表明存在分散的磷鎢酸。此外，作為小尺寸顆粒觀察到的相同磷鎢酸在活性炭表面內更分散且數量更多。為了進一步確認磷鎢酸顆粒中的適當浸漬，FTIR分光光度計用于合成活性炭催化劑的樣品中。活性炭催化劑的FTIR光譜如圖1(b)所示。因此，可以確認磷鎢酸適當地浸漬在活性炭上。

　　圖1：活性炭負載的磷鎢酸(a)x7500放大倍數的掃描電子顯微鏡圖像和(b)FTIR光譜。

　　模擬燃料的混合輔助氧化脫硫參數

　　選擇了一種實驗設計來全面檢查活性炭混合輔助氧化脫硫變量(混合速度、混合時間和混合溫度)對以硫重量計的總氧化百分比的影響和相互作用。采用2k因子設計來確定變量對其參數的顯著性程度。參數或響應表示為氧化百分比，它也決定了建模參數中曲率的重要性。由活性炭載磷鎢酸氧化脫硫過程的四個中心點組成的2k階乘運行結果表明，在高溫(65℃)、高停留時間(90秒)和高混合速度(16800rpm)條件下，最高氧化率達到61.73%。此外，在16800rpm、25℃和30分鐘的參數條件下，活性炭載磷鎢酸脫硫工藝中獲得的最低氧化僅達到43.79%。由于充分允許過氧化氫和燃料油樣品的傳質的延長混合持續時間，因此需要更長的接觸時間。較高的溫度在混合輔助氧化脫硫中也是有利的，因為液相分子可以更快地移動并有助于氧化過程的混合反應。

　　測定活性炭脫硫環境變量對硫氧化的影響

　　分析診斷圖后，生成模型圖。這些圖表用于可視化每個參數的影響以及參數之間對硫氧化百分比的相互作用。圖2(a)-(c)描繪了各個參數圖圖3(d)-(e)說明了3D模型交互圖結果。如圖所示。如圖2(a)和(c)所示，混合速度對氧化百分比沒有顯著影響。這與對硫氧化響應無關緊要的混合速度的方差分析結果一致。根據圖2(a)，混合速度曲線圖略居中。這是由于中心點的收集數據，與其他執行的實驗運行相比，這些數據的聚集度略低。然而，觀察到的氧化百分比變化仍然可以忽略不計。另一方面，由于活性炭混合速度而導致的氧化百分比變化在混合時間較長時可能變得不那么可忽略。其中活性炭的混合速度對氧化百分比的影響也不顯著。發現攪拌速度僅對特定混合速度范圍內的氧化產生顯著影響，具體取決于所用燃料、催化劑用量和氧化劑用量。由于一定的高攪拌速度，進一步提高混合速度使得氧化與參數無關。由于形成了極小的液滴，因此傳質阻力變得可以忽略不計。因此，在這種情況下，氧化百分比會達到平穩狀態。

　　圖2：(a)混合速度、(b)混合時間和(c)混合溫度與活性炭催化氧化百分比相關的模型圖和(d)混合時間和混合速度和(e)相互作用的影響的3D模型圖。

　　燃料特性的比較評估

　　確定燃料的基本特性包括熱值、密度和粘度，以比較其在經受活性炭載磷鎢酸氧化脫硫之前和之后的差異。這些特性是根據大氣條件測量的。據觀察，與最初的估計相比，脫硫柴油在密度方面僅顯示出輕微的降低。密度的變化歸因于從燃料樣品中獲得的熱值表示，密度的降低也表明熱值的增加。基于模擬和處理過的柴油樣品的熱值觀察到一個小的偏差。根據柴油的粘度特性，結果表明為活性炭脫硫工藝前后的粘度沒有顯著偏離。這意味著無論活性炭處理步驟如何，所獲得的燃料樣品基本特性的數據都得到了適當的維護。

　　活性炭載磷鎢酸輔助氧化脫硫足以消除模擬柴油中二苯并噻吩和苯并噻吩的硫濃度。在實驗運行中獲得的硫化合物去除率為43.79%至61.73%。基于2k因子設計的參數響應在活性炭脫硫過程中表現出顯著的模型。因此，有必要在脫硫設計中進一步優化活性炭混合輔助氧化脫硫工藝。就柴油樣品的基本性質而言，模擬柴油和脫硫柴油在活性炭輔助過程中只有很小的偏差。這尤其表明活性炭載磷鎢酸脫硫工藝可以同時保留柴油的重要特性并去除硫化合物。對于脫硫工藝在可能的工業應用中生產高效和清潔柴油的實用性而言，這是一項重要的研究發現。在未來的研究方向中可以建議，在合成的活性炭載磷鎢酸催化劑的組合中測試連續型高剪切混合器。

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