ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ АЦЕТАТОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ ОБЕССЕРИВАНИЯ МОДЕЛЬНОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА
Аннотация
В работе исследовано удаление кислых сернистых компонентов (сероводорода, алкантиолов) ацетатами цинка (II), кобальта (II) и меди (II), нанесенными на силикагель при воздействии ультразвука. На примере модельных аналогов бензиновых фракций показана эффективность адсорбционной сероочистки по отношению к сероводороду и алкантиолам. Ацетат кобальта (II) проявляет наибольшее сродство по отношению к сероводороду (90%). Исследуемые адсорбенты проявили одинаковую адсорбционную активность (79-81%) к изопропилтиолу. Для бензиновой фракции (62-180 °С) ацетаты кобальта (II) и цинка (II) показали большую адсорбционную способность по сравнению с ацетатом меди (II). Степень сероочистки, в случае применения ацетата кобальта (II), составляет 90%, что позволяет получить топливо, соответствующее нормативным требованиям. Изучен механизм удерживания рассматриваемых ацетатов на поверхности силикагеля и проведены квантово-химические расчеты, моделирующие адсорбцию ацетатов цинка (II), кобальта (II) и меди (II) на силикагеле. Значения энергии адсорбции ацетатов цинка (II), кобальта (II) и меди (II) достаточно близки и составляют –99,2, –103,3 и –84,1 кДж/моль, соответственно. Приведена оценка энергетики возможных путей превращений серосодержащих соединений в процессе адсорбционной сероочистки. Разложение сероводорода и алкантиолов с образованием сульфида металла, с энергетической точки зрения более вероятно. Значения ΔE реакций взаимодействия ацетата кобальта (II) с метантиолом, этантиолом, пропантиолом составляют 65,3, 57,5, 58,4 кДж/моль, соответственно. Разность между энергиями образования тиолатов и сульфидов металлов составляет 15-20 кДж/моль. Модифицированный ацетатом цинка (II) силикагель, после адсорбции сернистых примесей, может быть рекомендован в качестве средства для обработки дорожек и спортивных площадок, поскольку образующийся сульфид цинка обладает противогрибковым действием.
Литература
Burmistrova D.A., Kuzmin V.V., Smolyaninov I.V., Berberova N.T. N-methylpyrrolidone – selective solvent for oxidative desulfurization of light gasoline fractions. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 12. P. 57-64. DOI: 10.6060/ivkkt.20196212.6027.
Seidova S.A. Extraction methods of cleaning of motor fuel. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 10. P. 30-39. DOI: 10.6060/ivkkt.20196210.5941.
Crandall B. S., Zhang J., Stavila V., Allendorf M. D., Li Z. Desulfurization of liquid hydrocarbon fuels with mi-croporous and mesoporous materials: metal organic frame-works, zeolites and mesoporous silicas. Ind. Eng. Chem. Res. 2019. V. 58. N 42. P. 19322-19352. DOI: 10.1021/acs.iecr.9b03183.
Saha B., Vedachalam S., Dalai A.K. Review on recent advances in adsorptive desulfurization. Fuel Process. Technol. 2021. V. 214. 106685. DOI: 10.1016/j.fuproc.2020.106685.
Ozekmekci M., Salkic G., Fellah M.F. Use of zeolites for the removal of H2S: a mini-review. Fuel Process. Technol. 2015. V. 139. P. 49–60. DOI: 10.1016/j.fuproc.2015.08.015.
Mendiratta S., Ali A.A.A. Recent advances in functionalized mesoporous silica frameworks for efficient desulfurization of fuels. Nanomaterials (Basel). 2020. V. 10. N 6. P. 1116. DOI:10.3390/nano10061116.
Bashkova S., Baker F.S., Wu X., Armstrong T.R., Schwartz V. Activated carbon catalyst for selective oxidation of hydrogen sulphide: on the influence of pore structure, surface characteristics, and catalytically-active nitrogen. Carbon. V. 45. N 6. P. 1354–1363. DOI: 10.1016/j.carbon.2007.01.005.
Honghong Yi, Tao T., Shunzheng Zh., Qingjun Yu, Fengyu G., Yuansong Zh., Xiaolong T. Promoted adsorp-tion of methyl mercaptan by γ-Al2O3 catalyst loaded with Cu/Mn. Environ. Technol. Innovation. 2021. V. 21. P. 101349. DOI: 10.1016/j.eti.2020.101349.
Zhao S., Yi H., Tang X., Gao F., Zhang B., Wang Z., Zuo Y. Methyl mercaptan removal from gas streams using metal-modified activated carbon. J. Cleaner Prod. 2015. V. 87. P. 856–861. DOI: 10.1016/j.jclepro.2014.10.001.
Bamdad H., Hawboldt K., MacQuarrie S. A review on common adsorbents for acid gases removal: Focus on biochar. Renew. Sustain. Energy Rev. 2018. 81. P. 1705–1720. DOI: 10.1016/j.rser.2017.05.261.
Sikarwar P., Gosu V., Subbaramaiah V. An overview of conventional and alternative technologies for the production of ultra-low-sulfur fuels. Rev. Chem. Eng. 2018. V. 35. N 6. DOI:10.1515/revce-2017-0082.
Peng S., Li W., Deng Y., Li W., Ma X., Chen Y. Removal of low concentration CH3SH with regenerable Cu-doped mesoporous silica. J. Colloid Interface Sci. 2018. V. 513. P. 903–910. DOI: 10.1016/j.jcis.2017.12.005.
Shah M.S., Tsapatsis M., Siepmann J.I. Hydrogen sulfide capture: from absorption in polar liquids to oxide, zeolite, and metal−organic framework adsorbents and membranes. Chem. Rev. 2017. V.117. P. 9755−9803. DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00095.
Rui J., Liu F., Wang R., Lu Y., Yang X. Adsorptive desulfurization of model gasoline by using different Zn sources exchanged NaY zeolites. Molecules. 2017. V. 22. N 2. P. 305. DOI:10.3390/molecules22020305.
Kelland M.A. Production chemicals for the oil and gas indus-try. CRC Press. 2009. 437 p.
Okhlobystin A.O., Eremenko I.L., Storozhenko V.N., Oleinikova K.V., Kamyshnikova A.S., Pashchenko K.P., Shinkar’ E.V., Zorina-Tikhonova E.N., Kiskin M.A., Baranchikov A.E., Kottsov S.Yu., Berberova N.T. Removal of acidic-sulfur-containing components from gasoline fractions and their simulated analogues using silica gel modified with transition-metal carboxylates. ACS Omega. 2021. Art. ASAP. DOI: 10.1021/acsomega.1c02777.
Labiadh H., Lahbib K., Hidouri S., Touil S., Chaabane T.B. Insight of ZnS nanoparticles contribution in different biological uses. Asian Pac. J. Trop. Med. 2016. V.9. N 8. P. 757–762. DOI: 10.1016/j.apjtm.2016.06.008.
Bobrowska-Korczak B., Gątarek P., Skrajnowska D., Bielecki W., Wyrebiak R., Kovalczuk T., Wrzesień R., Kałużna-Czaplińska J. Effect of zinc supplementation on the serum metabolites profile at the early stage of breast cancer in rats. Nutrients. 2020. V. 12. N 11. P. 3457. DOI: 10.3390/nu12113457.
Zulkefli N.N., Masdar M.S., Isahak W.N.R.W., Jahim J.M., Rejab S.A.M., Lye C.C. Removal of hydrogen sulfide from a biogas mimic by using impregnated activated carbon adsorbent. PLOS ONE. 2019. V. 14. N 2. DOI: 10.1371/journal.pone.0211713.
Cambridge Crystallographic Data Centre, 12 Union Road, Cambridge CB2 1EZ, UK. www.ccdc.cam.ac.uk.
