Nouvelles

Aug 16, 2023

Nouveau liquide ionique Gemini pour la désulfuration oxydative du gazole

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6198 (2023) Citer cet article

440 accès

5 Altmétrique

Détails des métriques

Le liquide ionique de dichlorure de N1,N1,N3,N3-tétraméthyl –N1,N3-diphénylpropane-1,3-diaminium (ILc) est un catalyseur écologique pour la désulfuration oxydative-extractive du gazole (teneur en soufre = 2400 ppm) dans le présence de H2O2 comme agent oxydant. La structure précise de l'IL préparé a été confirmée en utilisant la spectroscopie FT-IR et 1H-RMN. La température de réaction, les rapports IL, le dosage de H2O2 et le temps de réaction ont été étudiés pour évaluer leurs effets sur l'efficacité de la désulfuration. Les paramètres thermodynamiques de la réaction d'oxydation ont été déterminés. Une efficacité de désulfuration de 84,7 % a été obtenue après le procédé de désulfuration extractive utilisant de l'acétonitrile comme solvant organique à un rapport solvant/alimentation de 1:1 (v/v). De plus, l'IL préparée peut être réutilisée pendant au moins six cycles sans aucune modification significative de ses performances de désulfuration ou de sa structure chimique, ce qui confirme sa grande réutilisabilité.

Les composés soufrés dans les combustibles fossiles représentent un défi important pour les raffineries de pétrole1. Les oxydes de soufre (SOx) formés lors de la combustion de combustibles fossiles contenant du soufre sont les principaux contributeurs à la pollution atmosphérique grave, en particulier les pluies acides et le temps brumeux2. L'hydrodésulfuration (HDS) est un processus important dans le raffinage du pétrole. Il est couramment utilisé pour la désulfuration du pétrole, en utilisant des catalyseurs métalliques pour convertir le soufre organique dans les carburants en sulfure d'hydrogène et en hydrocarbures apparentés3,4,5. Le HDS est largement utilisé dans l'industrie pour éliminer efficacement les sulfures à bas point d'ébullition et sans encombrement stérique tels que les thioéthers et les mercaptans6,7. Cependant, cette technique nécessite une grande consommation d'hydrogène, des catalyseurs coûteux et des conditions de réaction extrêmement dures8,9. Une désulfuration efficace peut être obtenue par désulfuration par extraction en plusieurs étapes (EDS)10,11 ; cependant, les coûts du procédé sont élevés en raison de la grande quantité d'agent d'extraction utilisé et des problèmes de régénération qui peuvent survenir au cours du procédé1,12,13. De grandes quantités de catalyseurs sont nécessaires pour la désulfuration oxydative (ODS)14,15,16,17. De plus, des difficultés de régénération et une faible répétabilité sont dues à la perte de sites actifs catalytiques au cours du procédé. Ainsi, il est essentiel de développer de nouveaux catalyseurs et extractants à haut rendement de désulfuration18,19,20,21. L'oxydation des sulfures aromatiques pour générer leurs sulfones correspondantes suivie de leur élimination ultérieure par extraction dans un procédé ODS typique15,22,23,24. Le H2O2 est l'oxydant le plus utilisé dans les SAO en raison de sa forte réactivité, de son faible coût et de sa compatibilité environnementale25,26,27,28. Des solvants organiques inflammables et volatils sont généralement utilisés comme agents d'extraction, ce qui peut générer d'autres problèmes de sécurité et d'environnement. Le développement des méthodes EDS est limité par l'exigence d'un rapport solvant/huile élevé et le manque de solvants d'extraction respectueux de l'environnement2,29,30. Les solvants organiques peuvent être utilisés comme milieu d'extraction dans l'EDS; cependant, ils présentent des limites importantes en raison de leur forte volatilité, de leur faible sélectivité vis-à-vis des composés soufrés et de leur forte toxicité31. Par conséquent, de nouveaux solvants d'extraction respectueux de l'environnement, c'est-à-dire biodégradables, non volatils et non toxiques, doivent être développés. L'utilisation de liquides ioniques (IL) pour l'EDS est une méthode respectueuse de l'environnement qui est de plus en plus utilisée pour éliminer les composés S réfractaires8. Les IL sont des sels à bas point de fusion, généralement avec des points de fusion inférieurs à 100 °C. Les IL présentent des caractéristiques uniques telles que des caractéristiques physicochimiques contrôlables, une forte stabilité thermique, une faible volatilité et une stabilité à long terme. En raison de leurs propriétés uniques, ils sont utilisés comme solvants verts pour la synthèse chimique, la désulfuration du carburant et la bio-séparation32,33. De plus, les IL ont une grande capacité à former des complexes avec des composés soufrés aromatiques et ne sont pas miscibles avec les fiouls34. Zhang et al. 200435 utilisaient du tétrafluoroborate de l-alkyl-3-méthylimidazolium [AMIM], de l'hexafluorophosphate et du chlorhydrate de triméthylamine (TMAC) dans (AlCl3 – TMAC) comme liquides ioniques. EMIMBF4 (E = éthyle), BMIMPF6 (B = butyle), BMIMBF4 et l'AMIMPF6 plus lourd ont montré une bonne sélectivité, en particulier envers les composés aromatiques soufrés et azotés, dans la désulfuration et la déazotation extractives des carburants de transport. Les liquides ioniques utilisés sont facilement régénérés par distillation ou déplacement d'eau des molécules absorbées. Les composés aromatiques contenant du S qui ont été absorbés peuvent également être récupérés quantitativement. Les composés organiques avec une plus grande densité d'électrons π aromatiques sont absorbés plus efficacement. Par effet stérique, la substitution alkyle sur les cycles aromatiques diminue significativement la capacité d'absorption. La taille et la structure des cations et des anions dans les IL affectent leur capacité d'absorption des composés aromatiques. Sans entrave mutuelle, l'extraction de composés contenant du S et du N peut être obtenue à de faibles concentrations. Typiquement, les IL AlCl3-TMAC présentent des capacités d'absorption élevées pour les composés aromatiques. Pour éliminer les composés soufrés des huiles légères, Lo et al.36 ont utilisé des IL à température ambiante (RTIL), c'est-à-dire le tétrafluoroborate de 1-butyl-3-méthylimidazolium et l'hexafluorophosphate de 1-butyl-3-méthylimidazolium, par une combinaison d'extraction par solvant et d'oxydation chimique. . Dans les huiles légères, les composés soufrés peuvent être extraits à l'aide de RTIL, et les sulfones correspondantes peuvent ensuite être produites par S-oxydation (H2O2-acide acétique) dans une opération en un seul pot. L'oxydation et l'extraction simultanées des composés soufrés du pétrole léger augmentent le rendement de désulfuration. Les RTIL peuvent ensuite être réutilisés et recyclés sans perdre leur activité.

Dans ce travail, le chlorure de N1,N3-dibenzyl-N1,N1,N3,N3-tétraméthylpropane-1,3-diaminium a été préparé et sa structure a été confirmée à l'aide de plusieurs techniques de caractérisation telles que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) et Résonance magnétique nucléaire 1H (1H-RMN). Dans l'ODS du gazole, l'IL développé a été utilisé comme catalyseur dans l'apparition de H2O2 en tant qu'oxydant, et la composition optimale de l'IL a été déterminée. Les conditions optimales du processus de désulfuration ont été obtenues en étudiant les effets de divers paramètres opératoires, y compris le temps de réaction, la température, le rapport volumique IL sur gazole et le dosage d'oxydant, sur le processus. L'efficacité de l'IL vis-à-vis de l'élimination du soufre du gazole et sa recyclabilité ont également été étudiées, et les paramètres thermodynamiques de la réaction ODS ont été déterminés.

Le chlorure de benzyle (99 %), la N,N,N,N-tétraméthyl-1,3-propanediamine et le H2O2 (50 % en poids) ont été obtenus auprès de Sigma Aldrich. L'alcool éthylique et l'acétonitrile (qualité HPLC) ont été obtenus auprès des produits chimiques Morgan et Merck, respectivement. Tous les produits chimiques étaient de qualité analytique et ont été utilisés directement sans autres traitements. Le gazole a été collecté auprès de la société de raffinage du pétrole du Caire, en Égypte.

De la N,N,N,N-tétraméthyl-1,3-propanediamine (0,01 mol) a été dissoute dans de l'acétonitrile. Du chlorure de benzyle (0,02 mol) a ensuite été ajouté après quoi le mélange a été chauffé au reflux à 80°C pendant 2 h. La cristallisation du produit a été effectuée 3 fois en utilisant de l'éthanol avec un rendement de 80 % à un point de fusion de 70 °C. La figure 1 montre un résumé du processus de préparation. La structure du composé synthétisé a été confirmée à l'aide d'une analyse spectroscopique FT-IR avec des pastilles de KBr sur Perkin Elmer à l'Egyptian Petroleum Research Institute. La spectroscopie 1H-RMN a été réalisée dans du diméthylsulfoxyde (DMSO) en utilisant un système Varian Gemini-200 MHz.

Préparation du liquide ionique.

A pression atmosphérique, les expériences ont été réalisées dans un ballon rond fermé avec un agitateur magnétique et un thermomètre. Du gazole (25 ml) a été utilisé avec différents volumes de H2O2 (5 à 20 ml) pour étudier leurs effets sur le procédé. De même, l'effet d'une dose d'ILc de 0, 1 à 0, 5 g, d'une plage de température de réaction de 30 à 80 ° C et d'un temps de réaction de 30 à 240 min sur l'efficacité de la désulfuration a été étudié. Après chaque traitement, la séparation des phases a été réalisée à l'aide de deux couches, une couche aqueuse et une couche huileuse, dans une ampoule à décanter37, et la phase huileuse traitée a été extraite à l'aide d'acétonitrile dans un rapport 1:1 (v/v).

Les phases d'huile et de solvant ont été séparées et l'efficacité de désulfuration (R) a été calculée à l'aide de l'équation. (1).

où Ci (ppm) et Cf (ppm) sont respectivement les concentrations initiale et finale de soufre dans le gazole.

Des échantillons de la phase huileuse supérieure ont été prélevés pour l'analyse à différents intervalles de temps (30 à 240 min). Un viscosimètre (Stabinger, modèle SVM 3001, Anton Paar) a été utilisé pour la détermination de la viscosité dynamique, de la viscosité cinématique et de la densité des échantillons avant et après le traitement conformément aux normes ASTM D 7042, ASTM D 445 et ASTM D 4052, respectivement. . La concentration en soufre total du gazole a été déterminée à l'aide d'un analyseur de soufre selon la méthode d'essai standard pour le soufre dans l'huile de pétrole et les produits pétroliers par spectrométrie de fluorescence X à dispersion d'énergie (ASTM D 4294).

La figure 2 rapporte les différentes étapes impliquées dans la préparation du liquide ionique ILc et le processus de désulfuration dans le présent travail.

Représentation des étapes expérimentales impliquées dans la préparation du liquide ionique ILc et du processus de désulfuration.

L'objectif principal de cette étude est d'éliminer les composés soufrés, qui sont généralement attachés aux composés aromatiques dans les fractions pétrolières, du gazole par un nouvel IL utilisant un procédé extractif-catalytique ODS. Les propriétés physicochimiques du gazole ont été examinées selon les méthodes d'essai standard ASTM. Les résultats sont présentés dans le tableau 1.

Les spectres infrarouges de l'ILc purifiée préparée dans cette étude sont présentés à la Fig. 3. Les bandes FT-IR caractéristiques de la Fig. 3 sont répertoriées dans le Tableau 2. Nous avons noté que pour les bandes ILc apparaissant à 3001 et 3050 pourraient être dues (–CH–). Le pic à environ 2969 cm−1 dû aux groupes aliphatiques (–CH–). Le pic à 1634 cm-1 est attribué à la vibration d'étirement de C=C Aromatique. De plus, l'apparition du pic à 1220 cm−1 est attribuée à C–N. Enfin, l'analyse FT-IR indique la présence des bandes IR liées aux structures chimiques de la nouvelle ILc.

Spectres FT-IR de l'ILc préparé.

La structure chimique de la nouvelle ILc étudiée a été déterminée par spectroscopie RMN 1H. Les spectres détaillés illustrés à la Fig. 4 concordaient avec la structure conçue. Le tableau 3 répertorie les modifications des déplacements chimiques pour plusieurs types de protons dans la nouvelle ILc étudiée. Les protons aromatiques (A, B et C) sont apparus respectivement à (9,07, 7,81 et 7,73). Le proton aliphatique (D, E, F et G) apparaît en (4,75, 3,40, 3,38 et 3,10). Aucune impureté n'était observable dans les spectres 1H.

Spectres 1H-RMN de l'ILc préparé.

L'impact de la température sur l'efficacité de la désulfuration est un facteur critique dans la définition du potentiel de l'ILc synthétisé. En règle générale, l'augmentation de la température accélère la décomposition de H2O2 dans l'eau pour générer des atomes d'oxygène naissants, ou ions (OH), qui oxydent les composés soufrés à des degrés divers. Pour étudier l'effet de la température de réaction sur l'efficacité de la désulfuration, des expériences ont été réalisées à 30 ° C, 50 ° C, 60 ° C, 70 ° C et 80 ° C (Fig. 5 et Tableau S1). L'augmentation de la température de 30 à 80 ° C s'est accompagnée d'une diminution du rendement de 97, 31 à 91, 5% en poids, respectivement (Fig. 5a). La densité et les indices de réfraction ont diminué (Fig. 5b, c)39, et d'autre part les indices diesel ont augmenté en raison de l'augmentation des récupérations aromatiques (Fig. 5e). Les récupérations d'aromatiques et de soufre ont montré différents degrés d'augmentation. À une température de fonctionnement de 30 °C, l'efficacité de la désulfuration ne pouvait atteindre que 47,54 %, ce qui indique que l'ILc ne pouvait pas catalyser la réaction efficacement à une température relativement basse. Cependant, lorsque la température a augmenté à 50 ° C, 60 ° C et 70 ° C, l'efficacité de la désulfuration a remarquablement augmenté à 61, 58%, 70, 42% et 84, 58%, respectivement (Fig. 5d). L'élimination du soufre était limitée par la décomposition improductive de H2O2 à des températures élevées. La perte de H2O2 due à sa décomposition en H2O et O2 à des températures élevées40 peut limiter la formation efficace d'espèces actives d'oxydation. De même, l'impureté H2O générée par la décomposition thermique de H2O2 a entravé l'activité catalytique de l'ILc, entraînant une réduction de l'efficacité de la désulfuration41. Par conséquent, l'efficacité de la désulfuration ne s'est pas améliorée de manière significative lorsque la température a augmenté de 70 à 80 °C. Ainsi, la température de réaction optimale a été choisie à 70°C.

Effet de la température sur le rendement, la densité, l'indice de réfraction, l'efficacité de la désulfuration et l'indice diesel du gazole traité avec l'ILc.

La sélectivité du processus d'oxydation détermine l'utilité du système de désulfuration. Les composés soufrés doivent être oxydés rapidement et sélectivement. Ainsi, le temps d'oxydation du gazole a été déterminé. Pour déterminer le temps de réaction minimum pour une désulfuration complète des composés soufrés à 70 ° C, les performances du procédé ODS utilisant ILc ont été évaluées à différents moments (0, 5, 1, 2, 3 et 4 h). La figure 6 et le tableau S2 montrent les efficacités de désulfuration et les rendements, densités, indices de réfraction et indices de diesel du gazole oxydé associés. H2O2 (10 ml) et ILc (0,5 g) ont été utilisés pour ce test à une température d'oxydation de 70 °C, qui est la température optimale sélectionnée à l'étape précédente. Les résultats présentés à la Fig. 6 indiquent que l'augmentation du temps de réaction de 0, 5 à 3 h était associée à une forte diminution continue du rendement, des indices de réfraction et de la densité (Fig. 6a – c). Cela s'est accompagné d'une augmentation continue de l'efficacité de la désulfuration et des indices diesel (Fig. 6d, e). Cela peut être attribué à l'augmentation continue du temps de réaction, qui peut augmenter l'interaction π – π entre les molécules d'ILc et les composés soufrés dans le milieu réactionnel. Cela a amélioré l'extraction des composés soufrés et permis à l'agent oxydant (H2O2) de produire l'espèce précédente dans le milieu pour compléter le processus ODS. Un allongement supplémentaire du temps de réaction à 4 h n'a montré aucune augmentation significative de l'efficacité de désulfuration ou des caractéristiques associées. Par conséquent, 3 heures ont été considérées comme un temps de réaction approprié.

Effet du temps de réaction sur le rendement, la densité, l'indice de réfraction, l'efficacité de désulfuration et l'indice diesel du gazole traité avec l'ILc.

La figure 7 et le tableau S3 montrent l'effet du dosage ILc sur le processus d'extraction-processus ODS et ses changements pertinents ultérieurs dans le rendement, les caractéristiques physiques, l'efficacité de désulfuration et les indices diesel du gazole produit. Quatre doses d'ILc (0,1, 0,3, 0,5 et 1 g) ont été utilisées au cours de cette étape. Les conditions optimales, c'est-à-dire température de réaction = 70 °C et temps de réaction = 3 h, sélectionnées dans les étapes précédentes ont été employées dans le test actuel en utilisant H2O2 (10 ml). L'augmentation du dosage d'ILc peut être une stratégie efficace pour améliorer l'efficacité de la désulfuration. L'efficacité de la désulfuration a augmenté de manière significative de 70, 53 à 73, 73% (Fig. 7d) lorsque la dose d'ILc est passée de 0, 1 à 0, 5 g. Parce que l'ILc a été utilisé à la fois comme catalyseur et comme extractant, l'augmentation de la dose d'ILc pourrait améliorer l'efficacité de l'extraction et augmenter les sites actifs catalytiques, ce qui améliore considérablement l'élimination du soufre. Néanmoins, aucune différence significative n'a été observée dans les caractéristiques du gazole produit à une dose d'ILc plus élevée (1 g). C'est-à-dire que presque les mêmes pourcentages d'efficacité de désulfuration ont été observés. Ainsi, un dosage d'ILc inférieur (0,5 g) a été considéré comme le dosage optimal pour les applications industrielles d'un point de vue économique.

Effet du dosage de l'ILc sur le rendement, la densité, l'indice de réfraction, l'efficacité de désulfuration et l'indice diesel du gazole traité avec l'ILc.

H2O2 est un agent oxydant puissant, respectueux de l'environnement et peu coûteux. L'impact de l'utilisation de H2O2 a également été testé (Fig. 8 et Tableau S4). Les expériences de cette étape ont été réalisées dans les conditions optimales sélectionnées ci-dessus (dose d'ILc = 0,5 g, temps de réaction = 3 h et température d'oxydation = 70 °C). Quatre doses de H2O2 (5, 10, 15 et 20 ml) ont été évaluées dans cette étape. La figure 8 indique que lorsque la dose d'agent oxydant est passée de 5 à 10 ml, le rendement (Fig. 8a) a considérablement diminué, montrant une nette amélioration des indices de réfraction et de la densité (Fig. 8b, c). Cela s'est accompagné d'une augmentation simultanée de l'efficacité de désulfuration (Fig. 8d) et des indices diesel (Fig. 8e) jusqu'à ce que des valeurs approximativement fixes soient détectées lorsque la dose de H2O2 est passée de 10 à 15 puis à 20 ml. Ceci vérifie que l'utilisation excessive de H2O2 n'est pas souhaitable car elle entraîne la dilution de l'ILc et augmente le coût. Par conséquent, une dose de H2O2 de 10 ml a été choisie comme dose optimale dans cette étude.

Effet du dosage de H2O2 sur le rendement, la densité, l'indice de réfraction, l'efficacité de désulfuration et l'indice diesel du gazole avec ILc.

Les paramètres thermodynamiques de la réaction ODS ont été estimés comme suit :

Le changement d'entropie standard (ΔS°, J/(mol K)), le changement d'enthalpie standard (ΔH°, kJ/mol) et le changement d'énergie libre standard (ΔG°, kJ/mol)42 ont été calculés à l'aide des équations. (2) et (3).

où T est la température absolue (K), Kd est le coefficient de distribution (L/g) et R est la constante des gaz parfaits = 8,314 J/mol K.

Les paramètres thermodynamiques de la réaction peuvent être calculés à l'aide des équations. ((2) et (3)), les résultats sont répertoriés dans le tableau 4 et la figure 9 montre le comportement thermodynamique de la réaction de désulfuration oxydative.

Comportement thermodynamique de la réaction de désulfuration oxydative.

Comme le montre le tableau 4, les valeurs de ΔH°, ΔS° et ΔG° sont positives, suggérant que la réaction est endothermique avec augmentation de la température. Ainsi, l'efficacité de l'oxydation et le caractère aléatoire de la réaction ont augmenté, et la réaction n'a pas été spontanée. Les faibles valeurs de l'énergie libre standard signifient que la réaction peut se dérouler facilement43.

D'un point de vue environnemental et économique, la régénération et le recyclage des ILc sont des processus vitaux. Des essais répétés d'élimination des composés soufrés du gazole lourd dans des conditions optimales ont été menés pour vérifier les performances de recyclage de l'ILc. Un système biphasique a été observé dans le réacteur après la répétition de chaque cycle. La phase supérieure a été soigneusement retirée du système par décantation, et la phase ILc a été séchée sous vide pour éliminer toute eau restante et H2O2. Le réacteur a ensuite été chargé avec du gazole frais et du H2O2 pour le cycle suivant.

Après six cycles répétés, l'efficacité de la désulfuration n'a chuté que de 84,71 à 83,97 % (Fig. 10). Cette légère baisse pourrait être attribuée à l'un des deux facteurs. Tout d'abord, des traces de pertes d'ILc au cours des processus de séparation et de séchage sont inévitables. Deuxièmement, les produits oxydatifs des composés soufrés se sont concentrés dans le système et ont revêtu la surface de l'ILc, réduisant ses capacités de transfert de phase. Néanmoins, sur la base de ces résultats, ILc montre une bonne recyclabilité grâce à une approche de régénération à faible coût et peut convenir à des applications industrielles. De plus, des analyses FT-IR de l'ILc frais et recyclé (Fig. 11) ont été effectuées pour étudier la stabilité de l'ILc pendant le processus de désulfuration. Il n'y avait pas de différence perceptible entre avant et après les réactions.

Effet des temps de recyclage de l'ILc préparé sur l'efficacité de la désulfuration.

Analyse FT-IR de (a) ILc frais et (b) ILc recyclé.

Le gazole est désulfuré par un procédé très efficace et sélectif utilisant le liquide ionique ILc développé par Gimini comme catalyseur (Fig. 12). Que l'ILc contient deux sites actifs positifs, qui se combinent avec deux molécules de peroxyde d'hydrogène et produisent des espèces actives, qui jouent leur rôle bénéfique dans l'achèvement du processus d'oxydation. L'effet de l'ILc augmente la vitesse de décomposition de H2O2 en 2OH*, qui est instable et subit une rupture de liaison O–H pour générer H2O* et O*, qui sont les espèces les plus actives pour une réaction ODS en raison de leur faible énergie d'activation. L'efficacité du processus de désulfuration est significativement affectée par les interactions π – π entre les composés soufrés aromatiques et l'ILc44 aromatique.

Mécanisme de désulfuration.

Notre liquide ionique Gemini ILc fonctionne plus catalytiquement que sa version mono-cationique et cette différence peut être liée au fait que les liquides ioniques Gemini ont deux sites de base, tandis que les liquides ioniques mono-cationiques n'en ont qu'un seul. Les liquides ioniques Gemini ont deux sites basiques proches l'un de l'autre et fonctionnent bien en tandem pour augmenter l'efficacité catalytique. Comme les liquides ioniques Gemini ont des sites basiques plus forts que les ILc mono-cationiques, le processus d'oxydation se déroule plus rapidement. Ils présentent une plus grande stabilité et une alcalinité plus puissante en raison de leurs sites basiques plus puissants et concentrés.

Dans le tableau 5, les performances du nouveau dichlorure de N1,N1,N3,N3-tétraméthyl-N1,N3-diphénylpropane-1,3-diaminium introduit ont été comparées à certaines IL précédemment référencées pour d'autres goujons.

En plus des facteurs déclarés, le type de catalyseur lui-même serait également efficace. Dans le tableau 5, le nouvel ILc est mis en contraste avec les types existants de liquides ioniques utilisés dans la même application - procédé de désulfuration oxydative - pour montrer ses excellentes performances catalytiques. En conséquence, le liquide ionique Gemini ILc a obtenu des résultats supérieurs aux autres types de liquides ioniques décrits en termes de résultats et d'efficacité. Ainsi, pour le procédé de désulfuration oxydative, l'ILc avec les performances les meilleures et les plus compétitives (84,7%) pour le vrai gazole (teneur en soufre de 2400 ppm) est choisie. Cela est dû à l'utilisation d'une très petite quantité du rapport de catalyseur - huile: ILc = 1: 0,02 - et l'ILc a contribué à une énorme réduction de la quantité d'agent oxydant - H2O2: Huile = 0,4: 1 - ce qui rend le procédé est très rentable lorsqu'il est appliqué dans le domaine industriel.

Dans cette étude, un roman Gemini IL (dichlorure de N1, N1, N3, N3-tétraméthyl-N1, N3-diphénylpropane-1,3-diaminium) a été synthétisé et caractérisé avec succès à l'aide de la spectroscopie RMN 1H et FT-IR. Il a ensuite été utilisé comme catalyseur dans l'ODS du vrai gazole avec une teneur en soufre de 2400 ppm. Le dichlorure de N1,N1,N3,N3-tétraméthyl-N1,N3-diphénylpropane-1,3-diaminium IL a présenté une efficacité de désulfuration élevée de 84,7 % dans des conditions optimales (H2O2 : huile = 0,4 : 1, IL : huile = 0,02 : 1, température de réaction = 70 °C et temps de réaction = 3 h). Sur la base de l'analyse thermodynamique du procédé ODS, les valeurs de ΔH° indiquent que la réaction est endothermique avec augmentation de la température. L'IL peut être directement réutilisé, et ils ont montré une bonne recyclabilité six fois.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié (et ses fichiers d'informations supplémentaires).

Butt, HS, Lethesh, KC & Fiksdahl, A. Désulfuration du mazout avec des liquides ioniques à base d'imidazolium à double fonctionnalité. Sept. Purif. Technol. 248, 116959. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.116959 (2020).

Article CAS Google Scholar

Wang, Q., Zhang, T., Zhang, S., Fan, Y. et Chen, B. Désulfuration extractive de carburants à l'aide de liquides ioniques protiques à base de trialkylamine. Sept. Purif. Technol. 231(2019), 115923. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.115923 (2020).

Article CAS Google Scholar

Chandra Srivastava, V. Une évaluation des technologies de désulfuration pour l'élimination du soufre des combustibles liquides. RSC Adv. 2(3), 759–783. https://doi.org/10.1039/c1ra00309g (2012).

Article ADS CAS Google Scholar

Gao, S. et al. Une méthode de désulfuration combinée pour le carburant diesel : Oxydation par liquide ionique avec extraction par solvant. Carburant 224, 545–551. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.03.108 (2018).

Article CAS Google Scholar

Rezvani, MA, Hadi, M. & Rezvani, H. Synthèse d'un nouveau nanocomposite à base de céramique et d'hétéropolymolybdate utilisant l'extrait de feuille d'Aloe vera comme nanocatalyseur haute performance pour la désulfuration du carburant réel. Appl. Organomet. Chim. 35(5), 1–15. https://doi.org/10.1002/aoc.6176 (2021).

Article CAS Google Scholar

Shang, H., Du, W., Liu, Z. et Zhang, H. Développement de l'hydrodésulfuration induite par micro-ondes des flux de pétrole : une revue. Ing. J. Ind. Chim. 19(4), 1061-1068. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2012.12.044 (2013).

Article CAS Google Scholar

Mohumed, H., Rahman, S., Imtiaz, SA et Zhang, Y. Désulfuration oxydative-extractive de carburants modèles à l'aide d'un liquide ionique de pyridinium. ACS Oméga 5(14), 8023–8031. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c00096 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kianpour, E., Azizian, S., Yarie, M., Zolfigol, MA & Bayat, M. Un liquide ionique de phosphonium spécifique à une tâche comme extractant efficace pour la désulfuration verte du carburant liquide : une étude expérimentale et informatique. Chim. Ing. J. 295, 500–508. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.03.072 (2016).

Article CAS Google Scholar

Tian, ​​Y., Yao, Y., Zhi, Y., Yan, L. & Lu, S. Système combiné d'extraction-oxydation pour la désulfuration oxydative (ODS) d'un carburant modèle. Combustibles énergétiques 29(2), 618–625. https://doi.org/10.1021/ef502396b (2015).

Article CAS Google Scholar

Jiang, W. et al. Effet synergique des solvants eutectiques profonds acides de Brønsted pour la désulfuration oxydative du carburant diesel. Chim. Ing. J. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.124831 (2020).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Jiang, W. et al. Fabrication in situ d'oxyde de molybdène défectueux confiné à la silice creuse pour la désulfuration oxydative catalytique améliorée des carburants diesel. Carburant 305, 121470. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121470 (2021).

Article CAS Google Scholar

Li, JJ, Xiao, H., Tang, XD et Zhou, M. Solvants eutectiques profonds à base d'acide carboxylique vert comme solvants pour la désulfuration extractive. Combustibles énergétiques 30(7), 5411–5418. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6b00471 (2016).

Article CAS Google Scholar

Song, Z. et al. Criblage de liquides ioniques pour une extraction sensible aux solvants - avec une désulfuration profonde comme exemple. Chim. Ing. Sci. 129, 69–77. https://doi.org/10.1016/j.ces.2015.02.023 (2015).

Article CAS Google Scholar

Rezvani, MA, Khandan, S. & Rahim, M. Synthèse de (Gly) 3PMo12O40 @ MnFe2O4 nanocomposite hybride organique / inorganique en tant que catalyseur efficace et magnétiquement récupérable pour la désulfuration oxydative des carburants liquides. Int. J. Energy Res. 46(3), 2617–2632. https://doi.org/10.1002/er.7332 (2022).

Article CAS Google Scholar

Harutyunyan, R., Rezvani, MA & Heravi, MM H5[PMo10V2O40] en tant que catalyseur vert, réutilisable et très efficace pour l'oxydation des dithiols dans les réactions intermoléculaires utilisant le permanganate comme réactif oxydant. Synthé. Réagir. Inorganique Met. Nano-Métal Chem. 41(1), 94–99. https://doi.org/10.1080/15533174.2010.538019 (2011).

Article CAS Google Scholar

Rezvani, MA et Khalafi, N. Désulfuration oxydative profonde de carburants réels et de carburants modèles thiophéniques à l'aide d'un matériau nanohybride catalytique à base de polyoxométalate. Mater. Aujourd'hui Commun. 22(2019), 100730. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2019.100730 (2020).

Article CAS Google Scholar

Rezvani, MA & Imani, A. Désulfuration oxydative ultra-profonde de carburants réels par un polyoxométalate de type sandwich immobilisé sur des nanoparticules de ferrite de cuivre, Fe6W18O70⊂ CuFe2O4, en tant que nanocatalyseur hétérogène efficace. J. Environ. Chim. Ing. 9(1), 105009. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.105009 (2021).

Article CAS Google Scholar

Yu, G. et al. Désulfuration du carburant diesel par la méthode en un seul pot avec un liquide ionique acide de Brønsted à base de morpholinium. Carburant 296(2020), 120551. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120551 (2021).

Article CAS Google Scholar

Wang, X., Han, M., Wan, H., Yang, C. et Guan, G. Étude sur l'extraction du thiophène à partir d'essence modèle avec des liquides ioniques acides brønsted. Devant. Chim. Ing. Chine 5(1), 107–112. https://doi.org/10.1007/s11705-010-0539-0 (2011).

Article CAS Google Scholar

Salem, HM & Mohmed, D. Nanoarchitectonique de cuivre tungstène-silice mésoporeuse avec un nouveau modèle pour la désulfuration photo-oxydative du dibenzothiophène. J.Inorg. Organomet. Polym. Mater. https://doi.org/10.1007/s10904-022-02363-4 (2022).

Article Google Scholar

Rezvani, MA, Hadi, M. & Mirsadri, SA Synthèse d'un nouveau nanocomposite à base de polyoxométalate nanocéramique et monosubstitué, PMo11Cd@MnFe2O4, avec une activité catalytique supérieure pour la désulfuration oxydative du carburant réel. Appl. Organomet. Chim. 34(10), 1–14. https://doi.org/10.1002/aoc.5882 (2020).

Article CAS Google Scholar

Mirhoseini, H. & Taghdiri, M. Désulfuration par oxydation extractive de carburant modèle contenant du soufre en utilisant un hybride hexamine-phosphotungstate comme catalyseur hétérogène efficace. Carburant 167, 60–67. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.11.042 (2016).

Article CAS Google Scholar

Yang, H. et al. Auto-assemblage ionique de cations polymères et d'isopolyanions : Nouveau catalyseur mésoporeux en couche mince pour la désulfuration oxydative. Chim. Ing. J. 317, 32–41. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.01.135 (2017).

Article CAS Google Scholar

Rezvani, MA, Shaterian, M., Aghbolagh, ZS & Akbarzadeh, F. Synthèse et caractérisation d'un nouveau nanocomposite hybride inorganique-organique PMo11Cu@MgCu2O4@CS en tant que nanocatalyseur hétérogène efficace pour les SAO de carburant réel. ChimieSelect 4(20), 6370–6376. https://doi.org/10.1002/slct.201900202 (2019).

Article CAS Google Scholar

Jiang, X. et al. Désulfuration profonde des carburants catalysée par des décatungstates de type tensioactifs utilisant H2O2 comme oxydant. Carburant 88(3), 431–436. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.11.010 (2009).

Article CAS Google Scholar

Ribeiro, SO et al. Désulfuration oxydative/extractive catalytique de diesel modèle et non traité à l'aide de polyoxométalates hybrides à base de zinc. Carburant 166, 268–275. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.10.095 (2016).

Article CAS Google Scholar

Options, MA Désulfuration catalytique oxydative hautement efficace de l'essence 23–26 (2022).

Rezvani, MA & Jafari, N. Synthèse et caractérisation de nouveaux nanocomposites hybrides inorganiques-organiques à base de polyoxométalate de type sandwich substitué pour la désulfuration oxydative catalytique de l'essence réelle. Ing. ind. Chim. Rés. 60(20), 7599–7610. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c01167 (2021).

Article CAS Google Scholar

Player, LC, Chan, B., Lui, MY, Masters, AF & Maschmeyer, T. Vers une compréhension des forces derrière la désulfuration extractive des carburants avec des liquides ioniques. Maintien ACS. Chim. Ing. 7(4), 4087–4093. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b05585 (2019).

Article CAS Google Scholar

Li, J. et al. Liquides ioniques dicationiques acides comme extractants pour la désulfuration extractive. Combustibles énergétiques 33(5), 4079–4088. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b00307 (2019).

Article CAS Google Scholar

Saha, B., Sengupta, S. & Selvin, R. Études comparatives de la capacité d'extraction des solvants organiques pour extraire le thiophène du carburant modèle. Sep. Sci. Technol. 55(6), 1123–1132. https://doi.org/10.1080/01496395.2019.1580292 (2020).

Article CAS Google Scholar

Vekariya, RL Une revue des liquides ioniques : Applications aux transformations organiques catalytiques. J. Mol. Liquide. 227, 44. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.11.123 (2017).

Article CAS Google Scholar

Moghadam, FR et al. Désulfuration extractive de carburant liquide à l'aide d'un liquide ionique de phosphonium vert, neutre et spécifique à la tâche avec une fraction glycéryle : une étude expérimentale et informatique conjointe. Carburant 208, 214–222. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.07.025 (2017).

Article CAS Google Scholar

Jian-long, WA, Zhao, DS, Zhou, EP & Zhi, DO Désulfuration de l'essence par extraction avec des liquides ioniques à base de N-alkyl-pyridinium. Ranliao Huaxue Xuebao/J. Carburant Chim. Technol. 35(3), 293–296. https://doi.org/10.1016/S1872-5813(07)60022-X (2007).

Article Google Scholar

Zhang, S., Zhang, Q. et Zhang C. Désulfuration et déazotation par extraction de carburants à l'aide de liquides ioniques. Ing. ind. Chim. 43, 614–622 (2004).

Article CAS Google Scholar

Lo, WH, Yang, HY & Wei, GT Désulfuration en un seul pot d'huiles légères par oxydation chimique et extraction par solvant avec des liquides ioniques à température ambiante. Chimie Verte. 5(5), 639–642. https://doi.org/10.1039/b305993f (2003).

Article CAS Google Scholar

Mello, PDA et al. Procédé oxydatif assisté par ultrasons pour l'élimination du soufre de la charge d'alimentation des produits pétroliers. Ultrason. Sonochem. 16(6), 732–736. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2009.03.002 (2009).

Article CAS PubMed Google Scholar

Deyab , MA , Moustafa , YM , Nessim , MI , Fatthallah , NA & Asaad Bagato , NM Nouvelle série de liquides ioniques à base de dérivés du chlorure de benzalkonium : synthèse, caractérisations et applications . J. Mol. Liquide. 313, 113566. https://doi.org/10.1016/j.mol.2020.113566 (2020).

Article CAS Google Scholar

Mostafa, HY, El Naggar, AMA, Elshamy, EA, Farag, AS & Hashem, AI Extraction assistée par micro-ondes pour le raffinage de la matière première de distillat de cire de pétrole. J. Propre. Prod. 228, 1034–1047. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.263 (2019).

Article CAS Google Scholar

Pędziwiatr, P., Mikołajczyk, F., Zawadzki, D., Mikołajczyk, K. & Bedka, A. Décomposition de la cinétique du perodixe d'hydrogène et examen des catalyseurs choisis. Acta Innov. 26, 45–52. https://doi.org/10.32933/ActaInnovations.26.5 (2018).

Article Google Scholar

Abdelrahman, AA, Salem, HM, Mohammed, HA & Rabie, AM Synthèse faciale de mésoporeux {Mo132}/BiOCl pour la désulfuration oxydative efficace du carburant. Inorg. Chim. Commun. 141, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2022.109568 (2022).

Article CAS Google Scholar

Aravind Kumar, J. et al. One pot Green Synthesis of Nano magnesium oxide-carbon composite : Préparation, caractérisation et application à l'adsorption d'anthracène. J. Propre. Prod. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117691 (2019).

Article Google Scholar

Zaidi, Z. & Sorokhaibam, LG Matériau de carbone multifonctionnel modifié au manganèse pour la désulfuration du carburant de transport et la séquestration du CO2. J. Environ. Chim. Ing. 9(4), 105378. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105378 (2021).

Article CAS Google Scholar

Li, H. et al. Mécanisme de décomposition de H2O2 et son activité de désulfuration oxydative sur une monocouche de nitrure de bore hexagonal : étude de la théorie fonctionnelle de la densité. J. Mol. Graphique. Modèle. 84, 166–173. https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2018.07.002 (2018).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhao, DS, Sun, ZM, Li, FT & Shan, HD Optimisation de la désulfuration oxydative du dibenzothiophène en utilisant un liquide ionique acide comme solvant catalytique. Ranliao Huaxue Xuebao/J. Carburant Chim. Technol. 37(2), 194–198. https://doi.org/10.1016/s1872-5813(09)60015-3 (2009).

Article CAS Google Scholar

Li, H. et al. Désulfuration oxydative profonde de carburants dans des liquides ioniques redox à base de chlorure de fer. Chimie Verte. 11(6), 810–881. https://doi.org/10.1039/b901127g (2009).

Article CAS Google Scholar

Akbari, A. & Haji Andevary, H. Désulfuration profonde oxydative-extractive catalytique du carburant diesel par des liquides ioniques acides protiques à base de N-méthyl-2-pyrrolidone (seaux). L'Iran. J. Chem. Chim. Ing. 39(3), 81–92 (2020).

Google Scholar

Abro, R. et al. Désulfuration oxydative de l'essence par des liquides ioniques couplée à une extraction par des solvants organiques. J. Braz. Chim. Soc. 27(6), 998-1006. https://doi.org/10.5935/0103-5053.20150355 (2016).

Article CAS Google Scholar

Télécharger les références

Financement en libre accès fourni par The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en coopération avec The Egyptian Knowledge Bank (EKB).

Département de raffinage, Institut égyptien de recherche sur le pétrole (EPRI), 1 Ahmed El-Zomor St., Nasr City, Le Caire, 11727, Égypte

Hamida Y. Mostafa & Dina M. Abd El-Aty

Département d'analyse et d'évaluation, Institut égyptien de recherche sur le pétrole (EPRI), 1 Ahmed El- Zomor St., Nasr City, Le Caire, 11727, Égypte

Hoda A. Mohammed

Département de chimie, Faculté des sciences, Université Al-Azhar, Nasr City, Le Caire, 11884, Égypte

Ashraf M. Ashmawy

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

HYM : conceptualisation, conservation des données, analyse formelle, enquête, méthodologie, ressources, validation, visualisation, rédaction du projet original, révision et édition, HAM : analyse formelle, méthodologie, rédaction—révision et édition, DMAE : calcul thermodynamique, rédaction—révision et édition, AMA : méthodologie, rédaction—révision et édition. Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

Correspondance à Hamida Y. Mostafa.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui permet l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur n'importe quel support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournir un lien vers la licence Creative Commons et indiquer si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Mohammed, HA, Mostafa, HY, El-Aty, DMA et al. Nouveau liquide ionique Gemini pour la désulfuration oxydative du gazole. Sci Rep 13, 6198 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32539-y

Télécharger la citation

Reçu : 24 novembre 2022

Accepté : 29 mars 2023

Publié: 16 avril 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-32539-y

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.