活性炭催化剂对燃料的氧化脱硫

　　空燃料、瓦斯油和汽油等含有有机硫化合物的燃料消耗量显着增加,并且是空气污染的主要原因)。这些有机硫化合物以多种形式存在，如硫化物、硫醇和噻吩及其衍生物，这些衍生物可被描述为通过燃烧过程中的硫氧化物(SOx)排放对环境造成高度危害。脱硫工艺需要使用各种过渡金属氧化物催化剂，如钛、铜、钴、锰、铁、钨、钼、钒等和活性炭催化剂载体。本研究采用湿法浸渍活性炭制备钼基催化剂，研究了负载氧化镍作为促进剂的效果以及催化剂用量和初始硫浓度的影响。

　　活性炭催化剂和模型燃料制备

　　原材料催化剂载体为专用活性炭催化剂载体，七钼酸铵纯度为99%，硝酸镍纯度为99%。该催化剂通过用镍和氧化钼从它们的前体如下湿浸渍活性炭来制备，钼负载为15wt.%，同时负载镍(2、4和6%重量)以研究镍含量作为催化剂促进剂的影响。对于从活性炭中浸渍10克，添加两种浸渍溶液，然后通过共浸渍法负载在活性炭表面上以沉淀钴和钼的氧化物。浸渍过的活性炭在110℃下干燥2小时，然后在400℃下煅烧4小时。制备的催化剂的元素映射如图1所示。模型燃料(溶解在正庚烷中的二苯并噻吩)是通过使用三种不同的二苯并噻吩浓度(400、600和800ppm)制备的。

　　图1：6%NiMo活性炭催化剂的EDX光谱，分析证实存在约82%的活性炭、5.7%的镍和14.5%的钼。

　　催化剂活性结果

　　单独研究变量的影响和研究系统的优化如图2所示，二苯并噻吩转化率随着初始硫浓度从200ppm增加到接近700ppm而增加，初始硫浓度进一步增加二苯并噻吩转化率减少，这可能是因为在固定数量的催化剂中存在有限数量的活性位点，其中这些有限的活性位点不足以转化二苯并噻吩。转化率通过增加活性炭催化剂用量来提高，这增加了与氧化剂的量，另一方面，当活性炭催化剂用量增加时，将提供更多负责二苯并噻吩转化的活性位点提供更多二苯并噻吩分子和催化剂活性相之间的表面相互作用机会。活性炭负载镍重量百分比对二苯并噻吩转化率的影响随着镍重量百分比的增加而降低，因为镍负载量的增加会导致活性较低的表面物种形成，这可能会导致镍物种堵塞一些活性金属矿。

　　图2：研究变量对二苯并噻吩转化率的影响，转化率随着活性炭催化剂用量和初始硫浓度的增加而增加，随着Ni负载量的增加而降低(上图)。对于活性炭催化剂用量、Ni负载量和初始硫浓度，在0.5g、6%和700ppm时，最佳二苯并噻吩转化率分别为75.74%(下图)。

　　催化机制

　　为了更好地理解H2O2/CH3COOH体系在NiO-MoO3活性炭催化剂存在下的氧化脱硫机理，假设存在NiO作为助催化剂，而MoO3作为活性相，反应由MoO3引发，涉及过氧化氢的水解裂解产生强氧化剂(活性羟基自由基(OH•)，这些活性自由基攻击乙酸产生过乙酸，为二苯并噻吩提供氧气生产二苯并(含有S=O)并进一步攻击产生二苯并噻吩(含有O=S=O)。

　　图3：NiO-MoO3活性炭催化剂存在下H2O2/CH3COOH氧化体系对二苯并噻吩的氧化脱硫机理。

　　活性炭催化剂对燃料的氧化脱硫的这项研究中，溶解在正庚烷中的二苯并噻吩的氧化脱硫是使用负载在活性炭和H2O2上的氧化钼-氧化镍完成的。该研究包括对通过组合设计排列的三个参数的影响的调查。研究的变量是催化剂用量、Ni负载百分比和初始硫浓度。结果表明，二苯并噻吩转化率(除硫效率)在23-71%之间，并且符合秒级多项式。这些结果与许多先前的研究一致，但考虑最多的一点是使用氧化镍来增强钼基催化活性。相反，使用氧化镍会导致脱硫效率下降，这可能意味着活性炭催化剂的失活迅速发生。对于活性炭催化剂用量，在0.5g、6%和700ppm时，最佳二苯并噻吩转化率为75.74%。