Применение пирогенного кремнезема в окислительной десульфурации: последние достижения и будущие перспективы

• В последние годы строгие экологические нормы и растущий спрос на более чистые виды топлива привели к тому, что окислительная десульфурация (ODS) является ключевым направлением исследований ввиду его высокой эффективности и низкого потребления энергии. Пирогенный диоксид кремния, высокопроизводительный наноматериал с уникальными физико-химическими свойствами, показал большой потенциал в качестве носителя катализатора и адсорбента в ODS. В этой статье рассматривается применение пирогенного кремнезема в десульфурации, а также последние достижения и будущие тенденции.

1. Последние разработки в технологии пирогенного кремнезема

Пирогенный кремнезем производится путем высокотемпературный гидролиз тетрахлорида кремния (SiCl₄), что приводит к образованию наноразмерного аморфного кремния с большая площадь поверхности (100-400 м²/г), низкая насыпная плотность, отличная химическая стабильность и регулируемые свойства поверхностиНедавний прогресс в области нанотехнологий расширил возможности их применения в катализ, композиты, хранение энергии и восстановление окружающей среды.

• Улучшенная модификация поверхности: Силановые связующие агенты и покрытия на основе оксидов металлов повышают плотность гидроксильных групп, улучшая взаимодействие с каталитически активными центрами.
• Улучшенная дисперсия: Современные методы синтеза (например, плазменные процессы) оптимизируют дисперсность, делая пирогенный кремнезем более стабильным в жидкофазных каталитических системах.

• Более экологичное производство: Некоторые производители внедряют методы низкоуглеродного синтеза, чтобы снизить воздействие на окружающую среду и затраты.,

2. Применение пирогенного кремнезема в окислительной десульфурации

ODS преобразует соединения серы (например, тиофен, бензотиофен) в топливе в сульфоны/сульфоксиды в мягких условиях с последующей экстракцией/адсорбцией. Пищевые частицы кремнезема вносят вклад следующими способами:

Поддержка катализатора

Его большая площадь поверхности и обилие силанольных групп (Si-OH) делают его идеальным для закрепления оксиды металлов (например, TiO₂, MoO₃, WO₃) и гетерополикислоты (например, фосфорномолибденовая кислота):

• Композиты TiO₂/SiO₂: TiO₂, нанесенный на пирогенный диоксид кремния, демонстрирует повышенную фотокаталитическую эффективность ODS благодаря улучшенному разделению зарядов и экспозиции активного центра.

• Гибриды гетерополикислоты-кремния: Иммобилизация фосфорновольфрамовой кислоты (ФВК) на модифицированном пирогенном кремнеземе повышает стабильность катализатора и возможность его повторного использования, сводя к минимуму выщелачивание.

Улучшение адсорбента

После окисления сульфоны должны быть удалены путем адсорбции/экстракции. Пористость и модифицируемая поверхность пирогенного кремнезема позволяют:

• Функционализированные молекулярные сита/активированный уголь для селективной адсорбции серы.

• Композиты на основе ионной жидкости для интегрированных экстракционно-адсорбционных систем.

Стабилизация окислителя

• В ОРВ на основе H₂O₂/O₃пирогенный диоксид кремния действует как стабилизатор, предотвращая быстрое разложение окислителя и продлевая реакционную способность.

3.Перспективы на будущее

• Усовершенствованная конструкция катализатора: Точный контроль химии поверхности для оптимизации загрузки металла/гетерополикислоты для более высокой активности и долговечности.

• Интеграция с экологически чистыми процессами: Сочетание фотокатализа, электрокатализа или биокатализа с системами на основе пирогенного кремнезема для энергоэффективной десульфурации.

• Проблемы масштабирования: Хотя результаты лабораторных исследований многообещающие, для промышленного внедрения требуются экономически эффективное производство и долгосрочная стабильность.

4. Заключение

Регулируемые свойства пирогенного кремнезема позиционируют его как универсальный материал для технологий ODS следующего поколения. Продолжение исследований в области наноинженерии и каталитических механизмов будет способствовать разработке эффективных, устойчивых решений по десульфурации, поддерживая глобальные цели чистой энергии.