اکسیداسیون دی بنزوتیوفن توسط زئولیتTS-1 بهبود یافته در حضور پلی وینیل الکل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران

10.22078/pr.2019.3800.2732

چکیده

یکی از کاتالیست‌های اکسایشی فعال و مؤثر در گوگردزدایی کامل سوخت‌های مایع، زئولیت TS-1 است. در این مقاله برای اولین بار بهبود اندازه ذرات و میزان تیتانیم چهاروجهی به‌عنوان دو عامل مهم مؤثر در عملکرد کاتالیستی این زئولیت با استفاده از پلیمر پلی‌وینیل‌الکل مورد بررسی قرار گرفته است. آنالیزهای XRD ،FTIR ،FE-SEM و جذب- دفع نیتروژن برای شناسایی کاتالیست‌ها و تحلیل نتایج به‌دست آمده استفاده شده است. نتایج حاصل از آنالیز FE-SEM نشان داده که متوسط اندازه ذرات کاتالیست TS-1 سنتز شده در حضور پلی وینیل الکل در حدود nm 100 بود و این در حالی است که متوسط اندازه ذرات کاتالیست سنتز شده در غیاب پلیمر در حدود nm 210 بوده است. به‌علاوه، نتایج FTIR نشان داد که میزان تیتانیم ساختاری کاتالیست TS-1 سنتز شده در حضور پلی وینیل الکل با میزان تیتانیوم چهاروجهی بدون حضور پلیمر تقریباً برابر است. عملکرد این کاتالیست برای اکسایش ترکیب دی بنزوتیوفن به‌عنوان مدل ترکیبات تیوفنی مقاوم موجود در سوخت‌های مایع بررسی شده است. نتایج نشان داد که میزان اکسایش دی بنزوتیوفن توسط کاتالیست‌های TS-1 سنتز شده در حضور پلی وینیل الکل و بدون حضور پلیمر به‌ترتیب 100% و 26% است. با توجه به تحلیل نتایج، بهبود فعالیت این کاتالیست در حضور پلیمر پلی وینیل الکل در حین سنتز، مربوط به کاهش قابل توجه اندازه ذرات و افزایش سطح فعال کاتالیست در اثر استفاده از پلیمر در حین سنتز بود که اثر قابل توجهی در اکسایش دی بنزوتیوفن با اندازه ذرات درشت در مقابل قطر کم حفرات این زئولیت داشته است. بنابراین، کاربرد پلیمر پلی وینیل الکل می‌تواند از راه‌کارهای مؤثر برای بهبود خواص این کاتالیست با کنترل خواص فیزیکی- شیمیایی و درنهایت، بهبود عملکرد کاتالیستی آن در فرآیند باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Oxidation of Dibenzothiophene by the Use of TS-1 Zeolite Prepared in the Presence of Polyvinyl Alcohol

نویسندگان [English]

  • Mozaffar Shakeri
  • Ali Shirzade Zarnagh
  • Azam Akbari
  • Safoura Bakhodaye Dehghanpour
Chemistry and Chemical Engineering Research Center (cceri), Tehran, Iran,
چکیده [English]

 
 
Titanosilicalite-1 (TS-1) is a strong alternative for oxidative desulfurization of the fuels. The catalytic activity of this catalyst toward oxidation of organosulfur compound such as dibenzothiophene (DBT) is influenced by two factors of crystal size and framework Ti content. In this study, synthesized TS-1 zeolites at the presence and absence of polyvinyl alcohol (PVA) were synthesized. The TS-1 zeolite synthesized at the presence of PVA (TS-1-PVA) possess average crystal size of 100 nm while normal TS-1 synthesized at the absence of PVA showed crystal size of 210 nm. The TS-1-PVA and TS-1 showed similar framework Ti content. The obtained TS-1 zeolites were evaluated toward oxidation of bulky substrate of DBT. Moreover, oxidation of DBT by TS-1-PVA resulted in full conversion (100%) while normal TS-1 showed conversion of 26%. The higher catalytic activity of TS-1-PVA than that of normal TS-1 is coming mainly from much smaller particle size and preserved framework Ti content. Finally, the above results showed the possibility of modification of TS-1 zeolite at the presence of PVA for deep desulfurization of the fuels.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • TS-1 zeolite
  • Polyvinyl Alcohol
  • Particle Size
  • Framework Ti
  • Dibenzothiophene
1]. Srivastava V. C., “An evaluation of desulfurization technologies for sulfur removal from liquid fuels,” RSC Advances, Vol. 2, No. 3, pp. 759-783, 2012.##

[2]. Shafi R. and Hutchings G. J., “Hydrodesulfurization of hindered dibenzothiophenes: an overview,” Catalysis Today, Vol. 59, No. 3-4, pp. 423-442, 2000.##

[3]. Ali M. F., Al-Malki A El-Ali B., Martinie G. and Siddiqui M. N., “Deep desulphurization of gasoline and diesel fuels using non-hydrogen consuming techniques,” Fuel, Vol. 85, No. 10-11, pp. 1354-1363, 2006. ##

[4]. Jiang W., Dong L., Li H., Jia H., Zhu  L., Zhu  W. and Li H., “Magnetic supported ionic liquid catalysts with tunable pore volume for enhanced deep oxidative desulfurization,” Journal of Molecular Liquids, Vol. 274, pp. 293-299, 2019. ##

[5]. Craven M., Xiao D., Kunstmann-Olsen C., Kozhevnikova  E. F., Blanc  F., Steiner A. and Kozhevnikov I. V., “Oxidative desulfurization of diesel fuel catalyzed by polyoxometalate immobilized on phosphazene-functionalized silica,” Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 231, pp. 82-91, 2018. ##

[6]. Shen C., Wang Y. J., Xu J. H. and Luo G. S., “Synthesis of TS-1 on porous glass beads for catalytic oxidative

desulfurization,” Chemical Engineering Journal, Vol. 259, pp. 552-561, 2015. ##

[7]. Ahmad  W., Ahmad I. and Yaseen M., “Desulfurization of liquid fuels by air assisted peracid oxidation system in the presence of Fe-ZSM-5 catalyst,” Korean Journal of Chemical Engineering, Vol. 33, No. 9, pp. 2530-2537, 2016. ##

[8]. Taramasso M., Perego G. and Notari  B., “Preparation of porous crystalline synthetic material comprised of silicon and titanium oxides,” U.S. Patent: 4410501, 1983. ##

[10]. Bellussi G., Millini R., Pollesel P. and Perego C., “Zeolite science and technology at Eni,” New Journal of Chemistry, Vol. 40, No. 5, pp. 4061-4077, 2016. ##

[11]. Xu H. and Wu P., “Recent progresses in titanosilicates,” Chinese Journal of Chemistry, Vol. 35, No. 6, pp. 836-844, 2017. ##

[12]. Zhang G., Sterte J. and Schoeman B. J., “Preparation of colloidal suspensions of discrete TS-1 crystals,” Chemistry of Materials, Vol. 9, No. 1, pp. 210-217, 1997. ##

[13]. Zuo  Y., Liu  M., Zhang T., Meng C., Guo  X. and Song C., “Enhanced catalytic performance of titanium silicalite1 in tuning the crystal size in the range 1200–200 nm in a tetrapropylammonium bromide system,” ChemCatChem, Vol. 7, No. 17, pp. 2660-2668, 2015. ##

[14]. Watanabe R., Yokoi T. and Tatsumi T., “Synthesis and application of colloidal nanocrystals of the MFI-type zeolites,” Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 356, No. 2, pp. 434-441, 2011. ##

[15]. Du  Q., Guo Y., Duan H., Li H., Chen Y. and Liu H., “Synthesis of hierarchical TS-1 zeolite via a novel three-step crystallization method and its excellent catalytic performance in oxidative desulfurization,” Fuel, Vol. 188, pp. 232-238, 2017. ##

[16]. Yao J., Huang Y. and Wang  H., “Controlling zeolite structures and morphologies using polymer networks,” Journal of Materials Chemistry, Vol. 20, No. 44, pp. 9827-9831, 2010. ##

[17]. Li D., Huang Y., Ratinac K. R., Ringer  S. P. and Wang H., “Zeolite crystallization in crosslinked chitosan hydrogels: Crystal size control and chitosan removal,” Microporous and Mesoporous Materials, Vol. 116, No. 1-3, pp. 416-423, 2008. ##

[18]. Shakeri M. and Dehghanpour S. B., “Preparation of Efficient TS1 with small particle size and enhanced framework Ti,” ChemistrySelect, Vol. 4, No. 16, pp. 4771-4774, 2019. ##

[19]. Du S., Chen X., Sun Q., Wang N., Jia  M., Valtchev  V. and Yu J., “A non-chemically selective top-down approach towards the preparation of hierarchical TS-1 zeolites with improved oxidative desulfurization catalytic performance,” Chemical Communications, Vol. 52, No. 17, pp. 3580-3583,2016. ##

[20]. Fan W., Duan R. G, Yokoi T., Wu P., Kubota Y. and Tatsumi T., “Synthesis, crystallization mechanism, and catalytic properties of titanium-rich TS-1 free of extraframework titanium species,” Journal of the American Chemical Society, Vol. 130, No. 31, pp. 10150-10164, 2008. ##

[21]. Thangaraj A., Eapen M. J., Sivasanker S. and Ratnasamy  P., “Studies on the synthesis of titanium silicalite, TS-1,” Zeolites, Vol. 12, No. 8, pp. 943-950, 1992. ##

[22]. Brunauer S., Emmett P. H. and Teller E., “Adsorption of gases in multimolecular layers,” Journal of the American Chemical Society, Vol. 60, No. 2, pp. 309-319, 1938. ##

[23]. Galarneau  A., Villemot  F., Rodriguez  J., Fajula  F. and Coasne  B., “Validity of the t-plot method to assess microporosity in hierarchical micro/mesoporous materials,” Langmuir, Vol. 30, No. 44, pp. 13266-13274, 2014. ##

[24]. Astorino E., Peri J.B., Willey R. J. and Busca G., “Spectroscopic characterization of silicalite-1 and titanium silicalite-1,” Journal of Catalysis, Vol. 157, No. 2, pp. 482-500, 1995. ##

[25]. Treacy M. M. and Higgins J. B., “Collection of simulated XRD powder patterns for zeolites fifth (5th) revised edition,” Elsevier Science, p. 485 2007. ##

[26]. Derouane E. G. and Gabelica Z., “Role of selected synthesis variables in nucleation and growth of zeolite ZSM-5,” Journal of Solid State Chemistry, Vol. 64, No. 3, pp. 296-304, 1986. ##

[27]. Boccuti M. R., Rao K. M., Zecchina A., Leofanti G. and Petrini G., “Spectroscopic characterization of silicaliteand titanium-silicalite,” In Studies in surface science and catalysis, Elsevier, Vol. 48, pp. 133-144, 1989. ##

[28]. Qiu F., Wang X., Zhang X., Liu H., Liu S. and Yeung K.L., “Preparation and properties of TS-1 zeolite and film using Sil-1 nanoparticles as seeds,” Chemical Engineering Journal, Vol. 147, No. 2-3, pp. 316-322, 2009. ##

[29]. Ricchiardi G., Damin A., Bordiga S., Lamberti C., Spano G., Rivetti F. and Zecchina A., “Vibrational structure of titanium silicate catalysts. A spectroscopic and theoretical study,” Journal of the American Chemical Society, Vol. 123, No. 46,  pp. 11409-11419, 2001. ##

[30]. Kim W., Kim J. C., Kim J., Seo Y. and Ryoo R., “External surface catalytic sites of surfactant-tailored nanomorphic zeolites for benzene isopropylation to cumene,” ACS Catalysis, Vol. 3, No. 2, pp. 192-195, 2013. ##