ارزیابی تجربی و شبیه‌سازی مولکولی کاربرد چارچوب‌های فلز-آلی در حذف ترکیبات گوگردی از برش‌های نفتی-بنزینی به منظور تولید سوخت پاک

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

وجود ترکیبات گوگردی و مرکاپتان‌ها در برش‌های نفتی، موجب آلودگی محیط زیست شده و در خطوط انتقال و مخازن نگهداری، باعث خوردگی می‌شود. بنابراین لازم است تا مقدار گوگرد و مرکاپتان‌ها در برش‌های نفتی تا حد استانداردهای بین الملی کاهش یابد. چارچوب‌های فلز-آلی دسته‌ی از جاذب‌های نانو-متخلخل هستند که برای ذخیره‌سازی و جداسازی گازها و بهره‌برداری از انرژی و اصلاح محیط زیست مناسب تشخیص داده شده است. این مقاله با استفاده از آزمایشات تجربی و نیز شبیه‌سازی مولکولی تلاش می‌کند تا حذف ترکیبات گوگرددار از بنزین را مورد بررسی قرار دهد. در آزمایش‌های تجربی گوگردزدایی از تیوفن و بنزوتیوفن که ترکیبات آروماتیک گوگرددار در بنزین هستند به عنوان بنزین مدل شده استفاده شد. فرآیند گوگردزدایی توسط برخی چارچوبهای فلز-آلی با جرم g05/0 در مدت زمان 8 ساعت و در دمای K308 انجام شد. در قسمت شبیه‌سازی مولکولی نیز برای بنزین یک مدل تعریف شد که شامل مخلوط دوتایی از نرمال-هگزان/بنزوتیوفن، نرمال-هگزان/تیوفن و نرمال-هگزان/اتان‌تیول بود. مقدار جذب و گزینندگی ترکیبات گوگرددار در چارچوبهای فلز-آلی مورد بررسی قرار گرفت. بهترین جداسازی در مخلوط نرمال-هگزان و ترکیبات گوگرددار مربوط به کسر مولی 01/0 در دمای K318 بود که این مقدار برای مخلوط بنزوتیوفن و نرمال-هگزان برابر با 92/12852، برای مخلوط تیوفن و نرمال-هگزان برابر با 94/628 و برای مخلوط اتان‌تیول و نرمال-هگزان برابر با 699/50 بدست آمد. نتایج نمودارهای جذب و گزینندگی ترکیبات گوگرددار بر چارچوب‌های فلز-آلی -در هر دو بخش تجربی و شبیه‌سازی- نشان داد که MIL-47(V) دارای بیشترین گزینندگی و جذب برای ترکیبات گوگرددار است. در هر دو بخش تجربی و شبیه‌سازی مولکولی مشخص شد که چارچوبهای فلز-آلی می‌توانند حذف کننده‌ی مناسبی برای ترکیبات گوگرددار، جهت بدست آوردن سوخت پاک باشند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental and molecular simulation evaluation of the organic-metal frameworks in removing sulfur compounds from petroleum-gasoline cuts in order to produce clean fuel

نویسندگان [English]

  • Zahar Avakh
  • Muhammad Shadman Lakmehsari
  • Bahman Farajmand
  • Mohammad Ali Rezvani
Department of Chemistry,University of Zanjan , Zanjan, Iran
چکیده [English]

The presence of sulfur compounds and mercaptans in oil cuts causes environmental contamination and leads to corrosion in transmission lines and storage tanks. Therefore, it is necessary to reduce the amount of sulfur and mercaptans in oil cuts to international standards. Metal- organic frameworks are a class of nano-porous adsorbents that have been identified for storing and separating gases and utilizing energy and environmental regeneration. This paper using experiments and molecular simulations, attempts to investigate the removal of sulfur compounds from gasoline. In experimental desulfurization tests thiophene and benzothiophene, which are aromatic sulfur compounds in gasoline were used as a model. The desulfurization process was selected by some metal-organic frameworks with 0.05g of mass for 8 hrs at 308K. In the molecular simulation part, a model was defined for gasoline that included a binary mixture of normal-hexane/benzothiophene, normal-hexane/thiophene, and normal-hexane/ethanethiol. The amount of adsorption and selection of sulfur compounds in metal-organic frameworks was investigated. The best separation in the mixture of normal-hexane and sulfur compounds was related to a molar fraction of 0.01 at 318K, which was equal to 12602.92 for benzothiophene and normal-hexane mixtures, for the mixture of thiophene and normal-hexane is 628.49, and obtained for the mixture of ethanethiol and normal hexane at 50.699. The results of adsorption and adsorption diagrams of sulfur compounds on metal-organic frames-in both experimental and simulation sections showed that MIL-47(V) had the highest selectivity and adsorption for sulfur compounds. In both experimental and molecular simulations, it was found that metal-organic frameworks could be a good detergent for sulfur compounds to obtain clean fuel.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Oil cuts
  • Metal-organic Frameworks
  • Selectivity
  • Desulfurization
  • Physical Adsorption
  • Molecular Simulation

مراجع

[1] M. Soleimani, A. Bassi, A. Margaritis, Biotechnology Advances, 25 (2007) 570.
[2] F. Theakston, Air Quality Guidelines, 2nd Edition, World health organization regional office for europe copenhagen, WHO regional publications, European Series, (2000), 91.
[3] P. J. Koplan, Toxicological profile for sulfur dioxide, U.S. department of health and human services, Public health service, Agency for toxic substances and disease registry, (1998), 60.
[4] W. Wang, S. Wang, H. Liu, Z. Wang. Fuel. 86 (2007) 2747.
[5] T. Henrik, S. Bjerne, E. Franklin, Catalysis. Springer Berlin Heidelberg, (1996), 169.
[6] R. C. Santana, P. T. Do, M. Santikunaporn, W. E. Alvarez, J. D.Taylor, E. L.Sughrue, D. E. Resasco, Fuel. 85 (2006) 643.
[7] I. V. Babich, J. A. Moulijn, Fuel. 82 (2003) 607.
[8] F. Paulino, F. Process for the removal of sulfur from petroleum fractions, U.S. Patent, 5 (1996) 582.
[9] A. W. Bhutto, R. Abroa, S. Gao, T. Abbas, X. Chen, G. Yu, J. Taiwan Instit. Chem. Eng., 62 (2016) 84.
[10] M. J. Rosseinsky, Microporous Mesoporous Mater., 73 (2004) 15.
[11] R. Zou, A. I. Fattah, H. Xu, Y. Zhao, D. D. Hickmott, Cryst. Eng. Comm., 12 (2010) 1337.
[12] S. Bourrelly, P. L Llewellyn, C. Serre, F. Millange, T. Loiseau, G. Ferey, J. Am. Chem. Soc. 127 (2005) 13519.
[13] T. Loiseau, C. Serre, C. Huguenard, G. Fink, F. T. M. Henry, T. Bataille, G. Férey, Chemistry-A Europran Journal, 10 (2004) 1373.
[14] C. Serre, S. Bourrelly, A. Vimont, N. A. Ramsahye, G. Maurin, P.L. Llewellyn, M. Daturi, Y. Filinchuk, O. Leynaud, P. Barnes and G. Férey, Adv. Mater., 2007, 19, 2246.
[15] F. Paesani, J. Phys. Chem. C 117 (2013) 19508.
[16] A. Gupta, S. Chempath, M. J. Sanborn, L. A. Clark, R. Q. Snurr, Mol. Simul. 29 (2003) 29.
[17] S. Hamad, S. R.G. BalestrA, R. Bueno-Perez, S. Calero, A. R. Ruiz-Salvador, Journal of Solid State Chemistry, 223 (2015) 144.
[18] C. E. Wilmer, K. C. Kim, R. Q. Snurr, J. Phys. Chem. Lett. 3 (2012) 2506.
[19] D. Dubbeldam, R. Krishna, R. Q. Snurr, J. Phys. Chem. C 113 (2009) 19317.
[20] C. Campañá, B. Mussard, T. K. Woo,  J. Chem. Theory Comput., 5 (2009) 2866.
[21] D. Wolf, P. Keblinski, S. R. Phillpot, J. Eggebrecht, J. Chem. Phys. 110 (1999) 8254.
[22] C. D. Wick, M. G. Martin, J. I. Siepmann, J. Phys. Chem. B 104 (2000) 8008.
[23] R. Neeraj, L. Siepmann, J. Phys. Chem. B 117 (2012) 273.
[24] N. Lubna, G. Kamath, J. J. Potoff, N. Rai, J. I. Siepmann, J. Phys. Chem. B 109 (2005) 24100.
[25] N. Bentenitis, P. E. Smith, J. Phys. Chem. B 113 (2009) 12306.
[26] M. A. Rezvani, M. Oveisi, M. A. Asli, J. Mol. Catal. A Chem. 410 (2015) 121.
[27] M. A. Rezvani, S. Khandan, N. Sabahi, Energy and Fuels. 31 (2017) 5472.
[28] M. A. Rezvani, M. A. Asli, S. Khandan, H. Mousavi, Z. S. Aghbolagh, Chem. Eng. J. 312 (2017) 243.
[29] D. Y. Peng, D. B. Robinson, Ind. Eng. Chem. Funds. 15 (1976) 59.
[30] Z. Ahadi, M. Shadman, S. Yeganegi, F. Asgari, J. Mol. Model. 18 (2012) 2981.
شیمى کاربردى روز
دوره 16، شماره 58
فروردین 1400
صفحه 9-28

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار