Theoretical and Experimental Study of the Adsorption Capacity of Transition Metal Acetates in the Process of Desulfurization of a Model Hydrocarbon Fuel

Abstract

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.