同晶取代法制备含钛杂原子蒙脱土及其在汽油脱硫中的应用

The objective of this work is to prepare Ti-containing heteroatom montmorillonites, characterize the structure and properties, and examine their applications in the desulfurization of gasoline. Specific aims include: (1)Ti will be introduced into the framework of montmorillonite to substitude Si by gas-solid phase and liquid-solid isomorphous substitution method. The effects of preparing methods and conditions on the samples will be studied.The preparation process will be optimized. The reaction mechanism of isomorphous substitution will also be explored. (2) Ti-containing heteroatom montmorillonites will be applied to the adsorption desulfurization of thiophene-type sulfide. The correlation of structure and desulfurization performance of Ti-containing heteroatom montmorillonites will be investigated. The hydrophobicity of Ti-containing heteroatom montmorillonites will be improved and the desulfurization performances will be further increased by making use of organic modification. (3) In order to clarify the adsorption selectivity and mechanism of thiophene-type sulfide on Ti-containing heteroatom montmorillonites, the effects of molecular configuration and eletronic structure of thiophene-type sulfide on the adsorption performances of thiophene-type sulfide on hybridization samples and the adsorption kinetics and thermodynamics of thiophene on Ti-containing heteroatom montmorillonites will be investigated. To introduce Ti atoms into montmorillonite framework is a novel approach for montmorillonite modification. This method can be extended to modification of other clay materials. These modified heteroatom clay materials should have potential applications in adsorption and catalysis process.

采用同晶取代法制备含钛（Ti）杂原子蒙脱土，对其结构和性能进行表征，并将其用于汽油吸附脱硫过程。主要内容包括：（1）采用气固相和液固相同晶取代法，利用Ti元素取代蒙脱土骨架结构中硅（Si）元素，重点研究改性方法和工艺对含Ti杂原子蒙脱土结构和性能的影响，探索同晶取代过程的反应机理；（2）以汽油中噻吩类硫化物为目标化合物，将所制含Ti杂原子蒙脱土用于汽油吸附脱硫过程，重点研究含Ti杂原子蒙脱土结构与其脱硫性能间的（构效）关系，并将有机改性和杂原子改性相结合，增强材料的疏水性，进一步提高其脱硫能力；（3）通过对不同噻吩类硫化物的分子构型和电子结构分析，探索噻吩类硫化物在杂原子蒙脱土上的吸附性质与其分子构型和电子结构间的关系，并通过吸附动力学和热力学研究，探索吸附脱硫机理。在骨架中引入Ti元素制备杂原子蒙脱土是一种全新的方法，为蒙脱土和其它粘土材料的改性及其在吸附、催化等领域的应用提供了新途径。

汽油中硫化物燃烧后的产物是空气重要污染源，吸附方法脱除汽油中的硫化物具有显著优势，高效廉价脱硫剂的研制是其重要环节。本项目选择我国储量丰富、理化性能优良的蒙脱土作为制备脱硫剂的基材，分别利用水热条件和常压回流条件的液固同晶取代方法制备了含钛杂原子蒙脱土，考察了原料配比、反应时间、pH值、反应温度等对含钛杂原子蒙脱土的结构和理化性能的影响；采用常温常压的液相同晶取代方法制备了镓原子取代Si原子的含镓杂原子蒙脱土，并对其结构性能进行了表征，建立杂原子改性模型；为提高蒙脱土的疏水性，对其进行十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、三甲基氯硅烷(TMCS)和腐殖酸（HA）有机改性，提高其对有机物质的吸附能力，考察了表面活性剂用量、制备条件对脱硫剂结构和理化性能的影响，建立不同有机物对蒙脱土的改性机制；将上述不同工艺条件和方法所制备的含钛和含镓杂原子蒙脱土用于模拟汽油中硫化物的脱除，优化制备工艺；研究了CTAB有机蒙脱土对不同溶剂的模拟汽油中多种硫化物的吸附性能和选择性，分析吸附动力学和热力学参数，建立吸附模型，研究硫化物分子结构和溶剂类型对吸附能力和吸附机理的影响；将CTAB、TMCS和HA有机蒙脱土用于有机染料的吸附，筛选更佳的制备工艺，为之后用于汽油脱硫做好前期工作。提出并成功制备了杂原子蒙脱土，明显提高了脱硫效果；有机改性蒙脱土用于脱除多种汽油硫化物，更大程度地提高了脱硫性能。