Nuevo líquido iónico Gemini para la desulfuración oxidativa de gasóleo

Mar 19, 2024

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 6198 (2023) Citar este artículo

571 Accesos

5 altmétrico

Detalles de métricas

El líquido iónico de dicloruro de N1,N1,N3,N3-tetrametil –N1,N3-difenilpropano-1,3-diaminio (ILc) es un catalizador ecológico para la desulfuración oxidativa-extractiva de gasóleo (contenido de azufre = 2400 ppm) en el Presencia de H2O2 como agente oxidante. La estructura precisa del IL preparado se confirmó mediante espectroscopia FT-IR y 1H-NMR. Se estudiaron la temperatura de reacción, las proporciones de IL, la dosis de H2O2 y el tiempo de reacción para evaluar sus efectos sobre la eficiencia de desulfuración. Se determinaron los parámetros termodinámicos de la reacción de oxidación. Se obtuvo una eficiencia de desulfuración del 84,7 % después del proceso de desulfuración extractiva usando acetonitrilo como disolvente orgánico en una proporción de disolvente a alimentación de 1:1 (v/v). Además, el IL preparado se puede reutilizar durante al menos seis ciclos sin ningún cambio significativo en su rendimiento de desulfuración o estructura química, lo que confirma su alta reutilización.

Los compuestos de azufre en los combustibles fósiles presentan un desafío importante para las refinerías de petróleo1. Los óxidos de azufre (SOx) que se forman durante la combustión de combustibles fósiles que contienen azufre contribuyen de manera clave a la grave contaminación del aire, en particular la lluvia ácida y el clima brumoso2. La hidrodesulfuración (HDS) es un proceso importante en la refinación de petróleo. Se utiliza comúnmente para la desulfuración de petróleo, empleando catalizadores metálicos para convertir el azufre orgánico de los combustibles en sulfuro de hidrógeno e hidrocarburos relacionados3,4,5. HDS se usa ampliamente en la industria para eliminar eficazmente sulfuros con puntos de ebullición bajos y sin impedimento estérico, como tioéteres y mercaptanos6,7. Sin embargo, esta técnica requiere un gran consumo de hidrógeno, catalizadores costosos y condiciones de reacción extremadamente duras8,9. Se puede lograr una desulfuración eficiente mediante desulfuración por extracción en múltiples etapas (EDS)10,11; sin embargo, los costos del proceso son altos debido a la alta cantidad de extractante utilizado y los problemas de regeneración que pueden ocurrir durante el proceso1,12,13. Se requieren grandes cantidades de catalizadores para la desulfuración oxidativa (ODS)14,15,16,17. Además, las dificultades de regeneración y la mala repetibilidad son causadas por la pérdida de sitios activos catalíticos durante el proceso. Por tanto, es fundamental desarrollar nuevos catalizadores y extractantes con alta eficiencia de desulfuración18,19,20,21. La oxidación de sulfuros aromáticos para generar sus correspondientes sulfonas seguida de su posterior eliminación mediante extracción en un proceso típico de ODS15,22,23,24. El H2O2 es el oxidante más utilizado en las SAO debido a su fuerte reactividad, bajo costo y compatibilidad ambiental25,26,27,28. Normalmente se utilizan disolventes orgánicos inflamables y volátiles como extractantes, lo que puede generar más problemas medioambientales y de seguridad. El desarrollo de métodos EDS está limitado por el requisito de una alta proporción de disolvente a aceite y la falta de disolventes de extracción respetuosos con el medio ambiente2,29,30. Se pueden utilizar disolventes orgánicos como medios de extracción en EDS; sin embargo, tienen importantes limitaciones debido a su alta volatilidad, baja selectividad hacia compuestos de azufre y alta toxicidad31. Por lo tanto, deben desarrollarse nuevos disolventes de extracción respetuosos con el medio ambiente, es decir, biodegradables, no volátiles y no tóxicos. El uso de líquidos iónicos (IL) para ED es un método respetuoso con el medio ambiente que se utiliza cada vez más para eliminar compuestos S refractarios8. Los LI son sales con puntos de fusión bajos, generalmente con puntos de fusión inferiores a 100 °C. Los IL exhiben características únicas, como características fisicoquímicas controlables, fuerte estabilidad térmica, baja volatilidad y estabilidad a largo plazo. Debido a sus propiedades únicas, se utilizan como disolventes ecológicos para síntesis química, desulfuración de combustibles y bioseparación32,33. Además, los LI tienen una alta capacidad para formar complejos con compuestos aromáticos de azufre y son inmiscibles con fuel oil34. Zhang et al. 200435 emplearon tetrafluoroborato de 1-alquil-3-metilimidazolio [AMIM], hexafluorofosfato y clorhidrato de trimetilamina (TMAC) en (AlCl3-TMAC) como líquidos iónicos. EMIMBF4 (E = etilo), BMIMPF6 (B = butilo), BMIMBF4 y el AMIMPF6 más pesado exhibieron buena selectividad, particularmente hacia compuestos aromáticos de azufre y nitrógeno, en la desulfuración extractiva y la desnitrogenación de combustibles para el transporte. Los líquidos iónicos utilizados se regeneran fácilmente mediante destilación o desplazamiento con agua de las moléculas absorbidas. Los compuestos aromáticos que contienen S absorbidos también pueden recuperarse cuantitativamente. Los compuestos orgánicos con una mayor densidad de electrones π aromáticos se absorben de manera más eficiente. Como resultado de un efecto estérico, la sustitución alquílica en los anillos aromáticos disminuye significativamente la capacidad de absorción. El tamaño y la estructura de los cationes y aniones en las LI afectan su capacidad de absorción de compuestos aromáticos. Sin obstáculos mutuos, la extracción de compuestos que contienen S y N se puede obtener en bajas concentraciones. Normalmente, los IL AlCl3-TMAC exhiben altas capacidades de absorción de compuestos aromáticos. Para eliminar los compuestos de azufre de los aceites ligeros, Lo et al.36 utilizaron IL a temperatura ambiente (RTIL), es decir, tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazolio y hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazolio, mediante una combinación de extracción con disolventes y oxidación química. . En los petróleos ligeros, los compuestos de azufre se pueden extraer utilizando RTIL y las sulfonas correspondientes se pueden producir mediante S-oxidación (H2O2-ácido acético) en una operación de un solo recipiente. La oxidación y extracción simultánea de compuestos de azufre del petróleo ligero aumentan el rendimiento de desulfuración. Luego, los RTIL se pueden reutilizar y reciclar sin perder su actividad.

En este trabajo se preparó cloruro de N1,N3-dibencil-N1,N1,N3,N3-tetrametilpropano-1,3-diaminio y se confirmó su estructura mediante diversas técnicas de caracterización como la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y Resonancia magnética nuclear 1H (1H-RMN). En las ODS del gasóleo, el IL desarrollado se utilizó como catalizador en la aparición de H2O2 como oxidante, y se determinó la composición óptima del IL. Las condiciones óptimas del proceso de desulfuración se obtuvieron investigando los efectos de varios parámetros operativos, incluido el tiempo de reacción, la temperatura, la relación de volumen de IL a gasóleo y la dosis de oxidante, en el proceso. También se investigó la eficiencia del IL para la eliminación de azufre del gasóleo y su reciclabilidad, y se determinaron los parámetros termodinámicos de la reacción de ODS.

El cloruro de bencilo (99%), N,N,N,N-tetrametil-1,3-propanodiamina y H2O2 (50% en peso) se obtuvieron de Sigma Aldrich. El alcohol etílico y el acetonitrilo (grado HPLC) se obtuvieron de Morgan y Merck Chemicals, respectivamente. Todos los productos químicos eran de calidad analítica y se utilizaron directamente sin tratamientos adicionales. El gasóleo se recogió de una empresa refinadora de petróleo de El Cairo, Egipto.

Se disolvió N,N,N,N-tetrametil-1,3-propanodiamina (0,01 mol) en acetonitrilo. Luego se añadió cloruro de bencilo (0,02 mol) y después la mezcla se sometió a reflujo a 80 °C durante 2 h. La cristalización del producto se realizó 3 veces usando etanol con un rendimiento del 80 % a un punto de fusión de 70 °C. La Figura 1 muestra un resumen del proceso de preparación. La estructura del compuesto sintetizado se confirmó mediante análisis espectroscópico FT-IR con gránulos de KBr en Perkin Elmer en el Instituto Egipcio de Investigación del Petróleo. La espectroscopia de 1H-NMR se llevó a cabo en dimetilsulfóxido (DMSO) utilizando un sistema Varian Gemini-200 MHz.

Preparación del líquido iónico.

Los experimentos se realizaron a presión atmosférica en un matraz redondo cerrado con agitador magnético y termómetro. Se utilizó gasóleo (25 ml) con diferentes volúmenes de H2O2 (5-20 ml) para estudiar sus efectos en el proceso. De manera similar, se investigó el efecto de una dosis de ILc de 0,1 a 0,5 g, un rango de temperatura de reacción de 30 a 80 °C y un tiempo de reacción de 30 a 240 minutos sobre la eficiencia de desulfuración. Después de cada tratamiento, la separación de fases se logró usando dos capas, una capa acuosa y una capa oleosa, en un embudo de decantación37, y la fase oleosa tratada se extrajo usando acetonitrilo en una proporción de 1:1 (v/v).

Se separaron las fases de aceite y disolvente y se calculó la eficiencia de desulfuración (R) utilizando la ecuación. (1).

donde Ci (ppm) y Cf (ppm) son las concentraciones de azufre inicial y final en el gasóleo, respectivamente.

Se recolectaron muestras en la fase de petróleo superior para el análisis en diferentes intervalos de tiempo (30–240 min). Se utilizó un viscosímetro (Stabinger, Modelo SVM 3001, Anton Paar) para la determinación de la viscosidad dinámica, viscosidad cinemática y densidad de las muestras antes y después del tratamiento según ASTM D 7042, ASTM D 445 y ASTM D 4052, respectivamente. . La concentración de azufre total del gasóleo se determinó utilizando un analizador de azufre de acuerdo con el método de prueba estándar para azufre en aceite de petróleo y productos derivados del petróleo mediante espectrometría de fluorescencia de rayos X de energía dispersiva (ASTM D 4294).

La Figura 2 reporta las diferentes etapas involucradas en la preparación del líquido iónico ILc y el proceso de desulfuración en el presente trabajo.

Representación de los pasos experimentales involucrados en la preparación de líquido iónico ILc y el proceso de desulfuración.

El objetivo principal de este estudio es eliminar los compuestos de azufre, que generalmente están unidos a los compuestos aromáticos en fracciones de petróleo, del gasóleo mediante un nuevo IL utilizando un proceso de ODS extractivo-catalítico. Las propiedades fisicoquímicas del gasóleo se examinaron según los métodos de prueba estándar ASTM. Los resultados se tabulan en la Tabla 1.

Los espectros infrarrojos de la ILc purificada preparada en este estudio se presentan en la Fig. 3. Las bandas FT-IR características de la Fig. 3 se enumeran en la Tabla 2. Observamos que para la banda ILc que aparece en 3001 y 3050 podría deberse a aromáticos. (–CH–) grupos. El pico es de aproximadamente 2969 cm−1 debido a los grupos alifáticos (–CH–). El pico a 1634 cm-1 se asigna a la vibración de estiramiento de C=C Aromatic. Además del pico que aparece en 1220 cm-1, se asigna a C-N. Finalmente, el análisis FT-IR indica la presencia de bandas IR relacionadas con las estructuras químicas de la nueva ILc.

Espectros FT-IR de la ILc preparada.

La estructura química de la nueva ILc investigada se determinó mediante espectroscopia de RMN 1H. Los espectros detallados que se muestran en la Fig. 4 coincidieron con la estructura diseñada. La Tabla 3 enumera los cambios en los desplazamientos químicos para varios tipos de protones en la nueva ILc investigada. Los protones aromáticos (A, B y C) aparecieron en (9,07, 7,81 y 7,73) respectivamente. El protón alifático (D, E, F y G) aparece en (4,75, 3,40, 3,38 y 3,10). No se observaron impurezas en los espectros de 1H.

Espectros de 1H-NMR de la ILc preparada.

El impacto de la temperatura en la eficiencia de desulfuración es un factor crítico para definir el potencial de la ILc sintetizada. Normalmente, el aumento de la temperatura acelera la descomposición del H2O2 en el agua para generar átomos de oxígeno nacientes, o iones (OH), que oxidan los compuestos de azufre en diversos grados. Para investigar el efecto de la temperatura de reacción sobre la eficiencia de desulfuración, se llevaron a cabo experimentos a 30 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C y 80 °C (Fig. 5 y Tabla S1). El aumento de la temperatura de 30 a 80 °C estuvo acompañado por una disminución en el rendimiento del 97,31 al 91,5% en peso, respectivamente (Fig. 5a). La densidad y los índices de refracción disminuyeron (Fig. 5b, c) 39 y, por otro lado, los índices de diésel aumentaron debido al aumento de las recuperaciones de aromáticos (Fig. 5e). Las recuperaciones de aromáticos y azufre presentaron diferentes grados de incremento. A una temperatura de operación de 30 °C, la eficiencia de desulfuración solo pudo alcanzar el 47,54%, lo que indica que la ILc no pudo catalizar la reacción de manera eficiente a una temperatura relativamente baja. Sin embargo, cuando la temperatura aumentó a 50 °C, 60 °C y 70 °C, la eficiencia de desulfuración aumentó notablemente a 61,58%, 70,42% y 84,58%, respectivamente (Fig. 5d). La eliminación de azufre estaba restringida por la descomposición improductiva del H2O2 a temperaturas elevadas. La pérdida de H2O2 debido a su descomposición en H2O y O2 a altas temperaturas40 puede restringir la formación efectiva de especies de oxidación activa. De manera similar, la impureza de H2O generada por la descomposición térmica del H2O2 obstaculizó la actividad catalítica de ILc, lo que llevó a una reducción en la eficiencia de desulfuración41. Por lo tanto, la eficiencia de desulfuración no mejoró significativamente cuando la temperatura aumentó de 70 a 80 °C. Por tanto, se seleccionó que la temperatura de reacción óptima fuera 70 °C.

Efecto de la temperatura sobre el rendimiento, densidad, índice de refracción, eficiencia de desulfuración e índice de diésel del gasóleo tratado con el ILc.

La selectividad del proceso de oxidación determina la utilidad del sistema de desulfuración. Los compuestos de azufre deben oxidarse rápida y selectivamente. De esta forma se determinó el tiempo de oxidación del gasóleo. Para determinar el tiempo mínimo de reacción para la desulfuración completa de compuestos de azufre a 70 °C, se evaluó el desempeño del proceso ODS utilizando ILc en diferentes tiempos (0,5, 1, 2, 3 y 4 h). La Figura 6 y la Tabla S2 muestran las eficiencias de desulfuración y sus rendimientos de especies asociadas, densidades, índices de refracción e índices de diésel del gasóleo oxidado. Para esta prueba se utilizaron H2O2 (10 ml) e ILc (0,5 g) a una temperatura de oxidación de 70 °C, que es la temperatura óptima seleccionada en el paso anterior. Los resultados presentados en la Fig. 6 indican que el aumento en el tiempo de reacción de 0,5 a 3 h se asoció con una fuerte disminución continua en el rendimiento, los índices de refracción y la densidad (Fig. 6a-c). Esto fue acompañado por un aumento continuo en la eficiencia de desulfuración y los índices de diésel (Fig. 6d, e). Esto se puede atribuir al aumento continuo del tiempo de reacción, que puede aumentar la interacción π – π entre las moléculas de ILc y los compuestos de azufre en el medio de reacción. Esto mejoró la extracción de los compuestos de azufre y permitió que el agente oxidante (H2O2) produjera las especies anteriores en el medio para completar el proceso de SAO. Un mayor alargamiento del tiempo de reacción a 4 h no mostró un aumento significativo en la eficiencia de desulfuración o las características asociadas. Por lo tanto, se consideró un tiempo de reacción adecuado de 3 h.

Efecto del tiempo de reacción sobre el rendimiento, densidad, índice de refracción, eficiencia de desulfuración e índice de diésel del gasóleo tratado con el ILc.

La Figura 7 y la Tabla S3 muestran el efecto de la dosis de ILc en el proceso de extracción-SAO y sus cambios relevantes posteriores en el rendimiento, las características físicas, la eficiencia de desulfuración y los índices de diésel del gasóleo producido. Durante este paso se utilizaron cuatro dosis de ILc (0,1, 0,3, 0,5 y 1 g). Las condiciones óptimas, es decir, temperatura de reacción = 70 °C y tiempo de reacción = 3 h, seleccionadas en los pasos anteriores, se emplearon en la prueba actual usando H2O2 (10 ml). El aumento de la dosis de ILc puede ser una estrategia eficaz para mejorar la eficiencia de la desulfuración. La eficiencia de desulfuración aumentó significativamente de 70,53 a 73,73% (Fig. 7d) cuando la dosis de ILc aumentó de 0,1 a 0,5 g. Debido a que la ILc se usó como catalizador y extractante, el aumento en la dosis de ILc podría mejorar la eficiencia de la extracción y aumentar los sitios catalíticos activos, lo que mejora significativamente la eliminación de azufre. Sin embargo, no se observaron diferencias significativas en las características del gasóleo producido a dosis más altas de ILc (1 g). Es decir, se observaron casi los mismos porcentajes de eficiencia de desulfuración. Por lo tanto, una dosis más baja de ILc (0,5 g) se consideró la dosis óptima para aplicaciones industriales desde un punto de vista económico.

Efecto de la dosis de ILc sobre el rendimiento, densidad, índice de refracción, eficiencia de desulfuración e índice de diésel del gasóleo tratado con ILc.

El H2O2 es un agente oxidante potente, ecológico y económico. También se probó el impacto del uso de H2O2 (Fig. 8 y Tabla S4). Los experimentos en esta etapa se llevaron a cabo bajo las condiciones óptimas seleccionadas anteriormente (dosis de ILc = 0,5 g, tiempo de reacción = 3 h y temperatura de oxidación = 70 °C). En este paso se evaluaron cuatro dosis de H2O2 (5, 10, 15 y 20 ml). La Figura 8 indica que cuando la dosis del agente oxidante aumentó de 5 a 10 ml, el rendimiento (Fig. 8a) disminuyó significativamente, mostrando una clara mejora en los índices de refracción y la densidad (Fig. 8b, c). Esto fue acompañado por un aumento simultáneo en la eficiencia de desulfuración (Fig. 8d) y los índices de diésel (Fig. 8e) hasta que se detectaron valores aproximadamente fijos cuando la dosis de H2O2 aumentó de 10 a 15 y luego a 20 ml. Esto verifica que el uso excesivo de H2O2 no es deseable porque resulta en la dilución de ILc y aumenta el costo. Por lo tanto, se eligió una dosis de H2O2 de 10 ml como dosis óptima en este estudio.

Efecto de la dosificación de H2O2 sobre el rendimiento, densidad, índice de refracción, eficiencia de desulfuración e índice de diésel de gasóleo con ILc.

Los parámetros termodinámicos de la reacción de SAO se estimaron de la siguiente manera:

El cambio de entropía estándar (ΔS°, J/(mol K)), el cambio de entalpía estándar (ΔH°, kJ/mol) y el cambio de energía libre estándar (ΔG°, kJ/mol)42 se calcularon utilizando las ecuaciones. (2) y (3).

donde T es la temperatura absoluta (K), Kd es el coeficiente de distribución (L/g) y R es la constante de los gases perfectos = 8,314 J/mol K.

Los parámetros termodinámicos de la reacción se pueden calcular utilizando las Ecs. ((2) y (3)), los resultados se enumeran en la Tabla 4 y la Fig. 9 muestra el comportamiento termodinámico de la reacción de desulfuración oxidativa.

Comportamiento termodinámico de la reacción de desulfuración oxidativa.

Como se muestra en la Tabla 4, los valores de ΔH°, ΔS° y ΔG° son positivos, lo que sugiere que la reacción es endotérmica con el aumento de la temperatura. Por lo tanto, la eficiencia de la oxidación y la aleatoriedad de la reacción aumentaron y la reacción no fue espontánea. Los bajos valores de la energía libre estándar significan que la reacción puede desarrollarse fácilmente43.

Desde el punto de vista ambiental y económico, la regeneración y el reciclaje de ILc son procesos vitales. Se realizaron repetidas pruebas de eliminación de compuestos de azufre del gasóleo pesado en condiciones óptimas para verificar el rendimiento del reciclaje de ILc. Se observó un sistema bifásico en el reactor después de repetir cada ciclo. La fase superior se eliminó cuidadosamente del sistema mediante decantación y la fase ILc se secó al vacío para eliminar el agua y el H2O2 restantes. Luego se cargó el reactor con gasóleo fresco y H2O2 para el siguiente ciclo.

Después de seis ciclos repetidos, la eficiencia de desulfuración solo cayó del 84,71 al 83,97 % (Fig. 10). Esta ligera caída podría atribuirse a uno de dos factores. En primer lugar, las pérdidas de trazas de ILc durante los procesos de separación y secado son inevitables. En segundo lugar, los productos oxidativos de los compuestos de azufre se concentraron en el sistema y cubrieron la superficie de ILc, reduciendo sus capacidades de transferencia de fase. No obstante, según estos resultados, el ILc muestra una buena reciclabilidad a través de un enfoque de regeneración de bajo costo y puede ser adecuado para aplicaciones industriales. Además, se realizaron análisis FT-IR de ILc fresca y reciclada (Fig. 11) para investigar la estabilidad de ILc durante el proceso de desulfuración. No hubo diferencia perceptible entre antes y después de las reacciones.

Efecto de los tiempos de reciclaje de la ILc preparada sobre la eficiencia de desulfuración.

Análisis FT-IR de (a) ILc nueva y (b) ILc reciclada.

El gasóleo se desulfura mediante un proceso muy eficaz y selectivo utilizando el líquido iónico ILc desarrollado por Gimini como catalizador (Fig. 12). Que la ILc contiene dos sitios activos positivos, que se combinan con dos moléculas de peróxido de hidrógeno y producen especies activas, que desempeñan su papel beneficioso para completar el proceso de oxidación. El efecto de ILc aumenta la velocidad de descomposición de H2O2 a 2OH*, que es inestable y sufre una ruptura del enlace O-H para generar H2O* y O*, que son las especies más activas para una reacción de SAO debido a su baja energía de activación. La eficacia del proceso de desulfuración se ve significativamente afectada por las interacciones π – π entre los compuestos aromáticos de azufre y la ILc44 aromática.

Mecanismo de desulfuración.

Nuestro líquido iónico Gemini ILc tiene un rendimiento más catalítico que su versión monocatiónica y esta diferencia puede estar relacionada con el hecho de que los líquidos iónicos Gemini tienen dos sitios básicos, mientras que los líquidos iónicos monocatiónicos solo tienen uno. Los líquidos iónicos Gemini tienen dos sitios básicos que están cerca uno del otro y funcionan bien en conjunto para aumentar la eficiencia catalítica. Como los líquidos iónicos Gemini tienen sitios básicos más fuertes que las ILc monocatiónicas, el proceso de oxidación avanza más rápidamente. Muestran una mayor estabilidad y una alcalinidad más potente debido a sus sitios básicos más potentes y concentrados.

En la Tabla 5, se comparó el rendimiento del nuevo dicloruro de N1,N1,N3,N3-tetrametil-N1,N3-difenilpropano-1,3-diaminio introducido con ciertos IL mencionados anteriormente para estudios adicionales.

Además de los factores declarados, también sería eficaz el tipo de catalizador en sí. En la Tabla 5, se contrasta la nueva ILc con los tipos existentes de líquidos iónicos empleados en la misma aplicación (proceso de desulfuración oxidativa) para mostrar su excelente rendimiento catalítico. Como consecuencia, el líquido iónico ILc Gemini tuvo un rendimiento superior a los otros tipos de líquidos iónicos descritos en términos de resultados y eficiencia. Así, para el proceso de desulfuración oxidativa se elige el ILc con mejor y más competitivo comportamiento (84,7%) respecto al gasóleo real (2400 ppm de contenido de azufre). Esto se debe al uso de una cantidad muy pequeña de la proporción de catalizador (aceite:ILc = 1:0,02) y la ILc ayudó a una enorme reducción en la cantidad del agente oxidante (H2O2:Aceite = 0,4:1), lo que hace que El proceso es muy rentable cuando se aplica en el campo industrial.

En este estudio se sintetizó y caracterizó con éxito un nuevo Gemini IL (dicloruro de N1,N1,N3,N3-tetrametil-N1,N3-difenilpropano-1,3-diaminio) mediante espectroscopía 1H-NMR y FT-IR. Luego se utilizó como catalizador en SAO de gasóleo real con un contenido de azufre de 2400 ppm. El dicloruro de N1,N1,N3,N3-tetrametil-N1,N3-difenilpropano-1,3-diaminio IL exhibió una alta eficiencia de desulfuración del 84,7% en condiciones óptimas (H2O2:Aceite = 0,4:1, IL:Aceite = 0,02: 1, temperatura de reacción = 70 °C y tiempo de reacción = 3 h). Con base en el análisis termodinámico del proceso ODS, los valores de ΔH° indicaron que la reacción es endotérmica con el aumento de temperatura. Los IL se pueden reutilizar directamente y mostraron una buena reciclabilidad seis veces.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado (y sus archivos de información complementarios).

Butt, HS, Lethesh, KC y Fiksdahl, A. Desulfuración de fueloil con líquidos iónicos a base de imidazolio de doble funcionalidad. Sep. Purif. Tecnología. 248, 116959. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.116959 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, Q., Zhang, T., Zhang, S., Fan, Y. y Chen, B. Desulfurización extractiva de combustibles utilizando líquidos iónicos próticos a base de trialquilamina. Sep. Purif. Tecnología. 231(2019), 115923. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.115923 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Chandra Srivastava, V. Una evaluación de tecnologías de desulfuración para la eliminación de azufre de combustibles líquidos. RSC Avanzado. 2(3), 759–783. https://doi.org/10.1039/c1ra00309g (2012).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Gao, S. y col. Un método combinado de desulfuración para combustible diesel: oxidación por líquido iónico con extracción por solvente. Combustible 224, 545–551. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.03.108 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Rezvani, MA, Hadi, M. & Rezvani, H. Síntesis de un nuevo nanocompuesto basado en cerámica y heteropolimolibdato utilizando extracto de hoja de Aloe vera como nanocatalizador de alto rendimiento para la desulfuración de combustible real. Aplica. Organomet. Química. 35(5), 1–15. https://doi.org/10.1002/aoc.6176 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Shang, H., Du, W., Liu, Z. y Zhang, H. Desarrollo de la hidrodesulfuración de corrientes de petróleo inducida por microondas: una revisión. J. Ind. Ing. Química. 19(4), 1061–1068. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2012.12.044 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Mohumed, H., Rahman, S., Imtiaz, SA y Zhang, Y. Desulfurización extractiva oxidativa de combustibles modelo utilizando un líquido iónico de piridinio. ACS Omega 5(14), 8023–8031. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c00096 (2020).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kianpour, E., Azizian, S., Yarie, M., Zolfigol, MA y Bayat, M. Un líquido iónico de fosfonio para tareas específicas como extractante eficaz para la desulfuración verde de combustible líquido: un estudio experimental y computacional. Química. Ing. J. 295, 500–508. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.03.072 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Tian, ​​Y., Yao, Y., Zhi, Y., Yan, L. & Lu, S. Sistema combinado de extracción-oxidación para la desulfuración oxidativa (ODS) de un combustible modelo. Combustibles energéticos 29(2), 618–625. https://doi.org/10.1021/ef502396b (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Jiang, W. y col. Efecto sinérgico de solventes eutécticos profundos ácidos de Brønsted duales para la desulfuración oxidativa del combustible diesel. Química. Ing. J. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.124831 (2020).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Jiang, W. y col. Fabricación in situ de óxido de molibdeno defectuoso confinado en sílice hueca para mejorar la desulfuración oxidativa catalítica de combustibles diesel. Combustible 305, 121470. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121470 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Li, JJ, Xiao, H., Tang, XD y Zhou, M. Disolventes eutécticos profundos a base de ácido carboxílico verde como disolventes para la desulfuración extractiva. Combustibles energéticos 30(7), 5411–5418. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6b00471 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Song, Z. y col. Cribado de líquidos iónicos para extracción sensible a disolventes, con la desulfuración profunda como ejemplo. Química. Ing. Ciencia. 129, 69–77. https://doi.org/10.1016/j.ces.2015.02.023 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Rezvani, MA, Khandan, S. & Rahim, M. Síntesis de nanocompuesto híbrido orgánico/inorgánico (Gly)3PMo12O40@MnFe2O4 como catalizador eficiente y magnéticamente recuperable para la desulfuración oxidativa de combustibles líquidos. En t. J. Energía Res. 46(3), 2617–2632. https://doi.org/10.1002/er.7332 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Harutyunyan, R., Rezvani, MA & Heravi, MM H5[PMo10V2O40] como catalizador ecológico, reutilizable y altamente eficiente para la oxidación de ditioles en reacciones intermoleculares utilizando permanganato como reactivo oxidante. Sintetizador. Reaccionar. Met inorgánico. Química de nanometales. 41(1), 94–99. https://doi.org/10.1080/15533174.2010.538019 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Rezvani, MA y Khalafi, N. Desulfuración oxidativa profunda de combustibles reales y combustibles modelo tiofénicos utilizando material nanohíbrido catalítico a base de polioxometalato. Madre. Hoy Común. 22(2019), 100730. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2019.100730 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Rezvani, MA & Imani, A. Desulfuración oxidativa ultraprofunda de combustibles reales mediante polioxometalato tipo sándwich inmovilizado en nanopartículas de ferrita de cobre, Fe6W18O70⊂ CuFe2O4, como nanocatalizador heterogéneo eficiente. J. Medio Ambiente. Química. Ing. 9(1), 105009. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.105009 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Yu, G. y col. Desulfuración de combustible diésel mediante el método de un solo recipiente con líquido iónico ácido de Brønsted a base de morfolinio. Combustible 296(2020), 120551. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120551 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, X., Han, M., Wan, H., Yang, C. y Guan, G. Estudio sobre la extracción de tiofeno de gasolina modelo con líquidos iónicos ácidos de Brønsted. Frente. Química. Ing. China 5(1), 107–112. https://doi.org/10.1007/s11705-010-0539-0 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Salem, HM & Mohmed, D. Nanoarquitectónica de cobre tungsteno-sílice mesoporosa con una nueva plantilla para la fotooxidación-desulfuración del dibenzotiofeno. J. Inorg. Organomet. Polimero. Madre. https://doi.org/10.1007/s10904-022-02363-4 (2022).

Artículo de Google Scholar

Rezvani, MA, Hadi, M. & Mirsadri, SA Síntesis de un nuevo nanocompuesto basado en nanocerámica y polioxometalato monosustituido, PMo11Cd@MnFe2O4, con actividad catalítica superior para la desulfuración oxidativa de combustible real. Aplica. Organomet. Química. 34(10), 1–14. https://doi.org/10.1002/aoc.5882 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Mirhoseini, H. & Taghdiri, M. Desulfuración por oxidación extractiva de combustible modelo que contiene azufre utilizando un híbrido de hexamina-fosfotungstato como catalizador heterogéneo eficaz. Combustible 167, 60–67. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.11.042 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Yang, H. y col. Autoensamblaje iónico de cationes poliméricos e isopolianiones: nuevo catalizador mesoporoso de capa fina para la desulfuración oxidativa. Química. Ing. J. 317, 32–41. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.01.135 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Rezvani, MA, Shaterian, M., Aghbolagh, ZS & Akbarzadeh, F. Síntesis y caracterización del nuevo nanocompuesto híbrido inorgánico-orgánico PMo11Cu@MgCu2O4@CS como nanocatalizador heterogéneo eficiente para SAO de combustible real. QuímicaSeleccione 4(20), 6370–6376. https://doi.org/10.1002/slct.201900202 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Jiang, X. y col. Desulfuración profunda de combustibles catalizada por decatungstatos de tipo surfactante utilizando H2O2 como oxidante. Combustible 88(3), 431–436. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.11.010 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Ribeiro, SO et al. Desulfuración catalítica oxidativa/extractiva de diésel modelo y sin tratar utilizando polioxometalatos sustituidos con zinc de base híbrida. Combustible 166, 268–275. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.10.095 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Opciones, MA Desulfuración oxidativa catalítica altamente eficiente de gasolina 23–26 (2022).

Rezvani, MA & Jafari, N. Síntesis y caracterización de nuevos nanocompuestos híbridos inorgánico-orgánicos a base de polioxometalato tipo sándwich sustituidos para la desulfuración oxidativa catalítica de gasolina real. Ing. de Indiana. Química. Res. 60(20), 7599–7610. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c01167 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Player, LC, Chan, B., Lui, MY, Masters, AF y Maschmeyer, T. Hacia una comprensión de las fuerzas detrás de la desulfuración extractiva de combustibles con líquidos iónicos. Sostenimiento ACS. Química. Ing. 7(4), 4087–4093. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b05585 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Li, J. y col. Líquidos iónicos dicatiónicos ácidos como extractantes para la desulfuración extractiva. Combustibles energéticos 33(5), 4079–4088. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b00307 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Saha, B., Sengupta, S. y Selvin, R. Estudios comparativos de la capacidad de extracción de disolventes orgánicos para extraer tiofeno del combustible modelo. Septiembre Ciencia. Tecnología. 55(6), 1123-1132. https://doi.org/10.1080/01496395.2019.1580292 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Vekariya, RL Una revisión de los líquidos iónicos: aplicaciones hacia transformaciones orgánicas catalíticas. J. Mol. Licuado. 227, 44. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.11.123 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Moghadam, FR et al. Desulfuración extractiva de combustible líquido mediante el uso de un líquido iónico de fosfonio verde, neutro y específico para tareas específicas con un resto de glicerilo: un estudio experimental y computacional conjunto. Combustible 208, 214–222. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.07.025 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Jian-long, WA, Zhao, DS, Zhou, EP y Zhi, DO Desulfurización de gasolina mediante extracción con líquidos iónicos a base de N-alquil-piridinio. Ranliao Huaxue Xuebao/J. Química del combustible. Tecnología. 35(3), 293–296. https://doi.org/10.1016/S1872-5813(07)60022-X (2007).

Artículo de Google Scholar

Zhang, S., Zhang, Q. y Zhang C. Desulfuración extractiva y desnitrogenación de combustibles utilizando líquidos iónicos. Ing. de Indiana. Química. 43, 614–622 (2004).

Artículo CAS Google Scholar

Lo, WH, Yang, HY & Wei, GT Desulfuración en un solo recipiente de aceites ligeros mediante oxidación química y extracción con solventes con líquidos iónicos a temperatura ambiente. Química verde. 5(5), 639–642. https://doi.org/10.1039/b305993f (2003).

Artículo CAS Google Scholar

Mello, PDA y cols. Proceso oxidativo asistido por ultrasonido para la eliminación de azufre de materias primas de productos derivados del petróleo. Ultrasonido. Sonochem. 16(6), 732–736. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2009.03.002 (2009).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Deyab, MA, Moustafa, YM, Nessim, MI, Fatthallah, NA y Asaad Bagato, NM Nueva serie de líquidos iónicos basados ​​en derivados de cloruro de benzalconio: síntesis, caracterizaciones y aplicaciones. J. Mol. Licuado. 313, 113566. https://doi.org/10.1016/j.mol.2020.113566 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Mostafa, HY, El Naggar, AMA, Elshamy, EA, Farag, AS & Hashem, AI Extracción asistida por microondas para refinar materia prima destilada de cera de petróleo. J. Limpio. Pinchar. 228, 1034–1047. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.263 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Pędziwiatr, P., Mikołajczyk, F., Zawadzki, D., Mikołajczyk, K. & Bedka, A. Descomposición de la cinética del peróxido de hidrógeno y revisión de los catalizadores elegidos. Acta Innov. 26, 45–52. https://doi.org/10.32933/ActaInnovations.26.5 (2018).

Artículo de Google Scholar

Abdelrahman, AA, Salem, HM, Mohammed, HA y Rabie, AM Síntesis facial de {Mo132}/BiOCl mesoporoso para la desulfuración oxidativa eficiente del combustible. Inorg. Química. Comunitario. 141, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2022.109568 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Aravind Kumar, J. y col. Síntesis verde en un solo recipiente de un compuesto de nanoóxido de magnesio y carbono: preparación, caracterización y aplicación hacia la adsorción de antraceno. J. Limpio. Pinchar. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117691 (2019).

Artículo de Google Scholar

Zaidi, Z. & Sorokhaibam, LG Material de carbono multifuncional modificado con manganeso para la desulfuración de combustible de transporte y el secuestro de CO2. J. Medio Ambiente. Química. Ing. 9(4), 105378. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105378 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Li, H. y col. Mecanismo de descomposición del H2O2 y su actividad de desulfuración oxidativa en una monocapa de nitruro de boro hexagonal: un estudio de la teoría funcional de la densidad. J. Mol. Grafico. Modelo. 84, 166-173. https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2018.07.002 (2018).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhao, DS, Sun, ZM, Li, FT y Shan, HD Optimización de la desulfuración oxidativa de dibenzotiofeno utilizando líquido iónico ácido como disolvente catalítico. Ranliao Huaxue Xuebao/J. Química del combustible. Tecnología. 37(2), 194-198. https://doi.org/10.1016/s1872-5813(09)60015-3 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Li, H. y col. Desulfuración oxidativa profunda de combustibles en líquidos iónicos redox a base de cloruro de hierro. Química verde. 11(6), 810–881. https://doi.org/10.1039/b901127g (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Akbari, A. & Haji Andevary, H. Desulfuración profunda catalítica oxidativa-extractiva de combustible diesel mediante líquidos iónicos ácidos próticos a base de N-metil-2-pirrolidona (cubos). Irán. J. química. Química. Ing. 39(3), 81–92 (2020).

Google Académico

Abro, R. et al. Desulfuración oxidativa de gasolina mediante líquidos iónicos junto con extracción mediante disolventes orgánicos. J. Braz. Química. Soc. 27(6), 998–1006. https://doi.org/10.5935/0103-5053.20150355 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Descargar referencias

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB).

Departamento de Refinación, Instituto Egipcio de Investigación del Petróleo (EPRI), 1 Ahmed El-Zomor St., Nasr City, El Cairo, 11727, Egipto

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

Departamento de Análisis y Evaluación, Instituto Egipcio de Investigación del Petróleo (EPRI), 1 Ahmed El-Zomor St., Nasr City, El Cairo, 11727, Egipto

Hoda A. Mohammed

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Al-Azhar, Nasr City, El Cairo, 11884, Egipto

Ashraf M. Ashmawy

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

HYM: conceptualización, curación de datos, análisis formal, investigación, metodología, recursos, validación, visualización, redacción del borrador original, revisión y edición, HAM: análisis formal, metodología, redacción: revisión y edición, DMAE: cálculo termodinámico, redacción: revisión y edición, AMA: metodología, redacción: revisión y edición. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondence to Hamida Y. Mostafa.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Mohammed, HA, Mostafa, HY, El-Aty, DMA et al. Novedoso líquido iónico Gemini para la desulfuración oxidativa de gasóleo. Representante científico 13, 6198 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32539-y

Descargar cita

Recibido: 24 de noviembre de 2022

Aceptado: 29 de marzo de 2023

Publicado: 16 de abril de 2023

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

Cualquier persona con la que comparta el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.