活性炭载磷钨酸辅助氧化脱硫

　　柴油、喷气燃料、汽油和煤油是运输和工业领域技术发展必不可少的通用燃料。未经处理的柴油可以达到9997ppm的硫成分。脱硫技术对于去除柴油中的硫化合物以获得清洁燃料至关重要,活性炭具有多孔性和稳定性，可改善杂多酸的接触反应。它还通过提高其稳定性和可再生性，为磷钨酸等酸性催化剂提供额外的支持。在这项研究中，混合辅助氧化脱硫与高剪切混合器结合使用，以活性炭负载磷钨酸为催化剂来进行柴油的脱硫的测试。

　　活性炭负载磷钨酸催化剂的表征

　　通过利用SEM研究了合成催化剂活性炭载磷钨酸的表面形态。这证实了对活性炭的有效浸渍。图1(a)中的SEM结果显示了基于样品催化剂中7500倍放大率的浸渍过程后合成的活性炭载磷钨酸的显微照片。结果表明，有明显的小颗粒痕迹表明存在分散的磷钨酸。此外，作为小尺寸颗粒观察到的相同磷钨酸在活性炭表面内更分散且数量更多。为了进一步确认磷钨酸颗粒中的适当浸渍，FTIR分光光度计用于合成活性炭催化剂的样品中。活性炭催化剂的FTIR光谱如图1(b)所示。因此，可以确认磷钨酸适当地浸渍在活性炭上。

　　图1：活性炭负载的磷钨酸(a)x7500放大倍数的扫描电子显微镜图像和(b)FTIR光谱。

　　模拟燃料的混合辅助氧化脱硫参数

　　选择了一种实验设计来全面检查活性炭混合辅助氧化脱硫变量(混合速度、混合时间和混合温度)对以硫重量计的总氧化百分比的影响和相互作用。采用2k因子设计来确定变量对其参数的显着性程度。参数或响应表示为氧化百分比，它也决定了建模参数中曲率的重要性。由活性炭载磷钨酸氧化脱硫过程的四个中心点组成的2k阶乘运行结果表明，在高温(65℃)、高停留时间(90秒)和高混合速度(16800rpm)条件下，最高氧化率达到61.73%。此外，在16800rpm、25℃和30分钟的参数条件下，活性炭载磷钨酸脱硫工艺中获得的最低氧化仅达到43.79%。由于充分允许过氧化氢和燃料油样品的传质的延长混合持续时间，因此需要更长的接触时间。较高的温度在混合辅助氧化脱硫中也是有利的，因为液相分子可以更快地移动并有助于氧化过程的混合反应。

　　测定活性炭脱硫环境变量对硫氧化的影响

　　分析诊断图后，生成模型图。这些图表用于可视化每个参数的影响以及参数之间对硫氧化百分比的相互作用。图2(a)-(c)描绘了各个参数图图3(d)-(e)说明了3D模型交互图结果。如图所示。如图2(a)和(c)所示，混合速度对氧化百分比没有显着影响。这与对硫氧化响应无关紧要的混合速度的方差分析结果一致。根据图2(a)，混合速度曲线图略居中。这是由于中心点的收集数据，与其他执行的实验运行相比，这些数据的聚集度略低。然而，观察到的氧化百分比变化仍然可以忽略不计。另一方面，由于活性炭混合速度而导致的氧化百分比变化在混合时间较长时可能变得不那么可忽略。其中活性炭的混合速度对氧化百分比的影响也不显着。发现搅拌速度仅对特定混合速度范围内的氧化产生显着影响，具体取决于所用燃料、催化剂用量和氧化剂用量。由于一定的高搅拌速度，进一步提高混合速度使得氧化与参数无关。由于形成了极小的液滴，因此传质阻力变得可以忽略不计。因此，在这种情况下，氧化百分比会达到平稳状态。

　　图2：(a)混合速度、(b)混合时间和(c)混合温度与活性炭催化氧化百分比相关的模型图和(d)混合时间和混合速度和(e)相互作用的影响的3D模型图。

　　燃料特性的比较评估

　　确定燃料的基本特性包括热值、密度和粘度，以比较其在经受活性炭载磷钨酸氧化脱硫之前和之后的差异。这些特性是根据大气条件测量的。据观察，与最初的估计相比，脱硫柴油在密度方面仅显示出轻微的降低。密度的变化归因于从燃料样品中获得的热值表示，密度的降低也表明热值的增加。基于模拟和处理过的柴油样品的热值观察到一个小的偏差。根据柴油的粘度特性，结果表明为活性炭脱硫工艺前后的粘度没有显着偏离。这意味着无论活性炭处理步骤如何，所获得的燃料样品基本特性的数据都得到了适当的维护。

　　活性炭载磷钨酸辅助氧化脱硫足以消除模拟柴油中二苯并噻吩和苯并噻吩的硫浓度。在实验运行中获得的硫化合物去除率为43.79%至61.73%。基于2k因子设计的参数响应在活性炭脱硫过程中表现出显着的模型。因此，有必要在脱硫设计中进一步优化活性炭混合辅助氧化脱硫工艺。就柴油样品的基本性质而言，模拟柴油和脱硫柴油在活性炭辅助过程中只有很小的偏差。这尤其表明活性炭载磷钨酸脱硫工艺可以同时保留柴油的重要特性并去除硫化合物。对于脱硫工艺在可能的工业应用中生产高效和清洁柴油的实用性而言，这是一项重要的研究发现。在未来的研究方向中可以建议，在合成的活性炭载磷钨酸催化剂的组合中测试连续型高剪切混合器。