Nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ Pyridinium và ứng dụng chiết tách lưu huỳnh từ dầu Diesel

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT LỎNG ION 
HỌ PYRIDINIUM VÀ ỨNG DỤNG CHIẾT TÁCH LƯU 
HUỲNH TỪ DẦU DIESEL 
Vũ Thị Hồng Phượng1 
Tóm tắt: Chất lỏng ion (ILs) trên cơ sở pyridin N-butylpyridinium acetate [BPy] [Ac] và N-
butyl pyridinium nitrate [BPy][NO3] đã được tổng hợp và xác định đặc trưng cấu trúc bằng phổ 
hồng ngoại IR. ILs đã được thử nghiệm chiết tách các hợp chất lưu huỳnh trong dầu diesel thương 
phẩm. Kết quả cho thấy khả năng tách các hợp chất lưu huỳnh của [BPy][NO3] cao hơn 
[BPy][Ac]. Hiệu quả tách lưu huỳnh của Ils tăng dần theo thời gian và cao nhất ở 30 oC. Do đó, 
[BPy][Ac]và[BPy][NO3] có thể sử dụng như các dung môi có triển vọng đối với việc xử lý lưu 
huỳnh trong dầu diesel. 
Từ khóa: chất lỏng ion, lưu huỳnh 
1. Mở đầu 
Chất lỏng ion hiện nay ngoài việc được sử dụng như một dung môi xanh, nó còn đóng vai 
trò làm xúc tác cho nhiều phản ứng và các quá trình khác nhau. Trong đó, việc sử dụng chất lỏng 
ion để chiết tách lưu huỳnh trong dầu diesel là một phương pháp mới, đã và đang được nghiên cứu, 
ứng dụng trong những năm gần đây [1]. Nghiên cứu của Andreas Jess và các cộng sự cho rằng sử 
dụng chất lỏng ion là sự lựa chọn tốt nhất cho giai đoạn tách lưu huỳnh cuối cùng sau khi đã thực 
hiện hydrodesulfua hóa với xúc tác [2].Quá trình khử lưu huỳnh bằng phương 
pháphydrodesulfurization truyền thống tuy mang lại hiệu quả nhưng không đáp ứng được yêu cầu 
tách sâu. Một số hợp chất lưu huỳnh như dibenzothiophene, methyl dibenzothiophene và 4,6-
dimethyl dibenzothiophene không được được tách triệt để khỏi nhiên liệu [3].Bên cạnh đó, phương 
pháp hydrodesulfurization tiêu thụ nhiều năng lượng và hydrogen. Vì vậy, hiện nay việc sử sụng 
chất lỏng ion để chiết tách lưu huỳnh là một phương pháp xanh để làm giảm hợp chất lưu huỳnh 
trong các sản phẩm dầu mỏ. Chất lỏng ion được sử dụng để chiết tách lưu huỳnh trong nhiên liệu 
diesel vì chất lỏng ion không hòa tan trong dầu diesel, có ái lực cao với các hợp chất chứa lưu 
huỳnh, độ bay hơi thấp và độ ổn định nhiệt cao. Nguyên tắc chung của phương pháp này là sử 
dụng những chất lỏng ion có khả năng hòa tan các hợp chất lưu huỳnh trong nhiên liệu và không 
tan hydrocarbon. Theo các nghiên cứu gần đây, chất lỏng ion họ pyridinium là một trong số các 
hợp chất có khả năng chiết tách benzothiophen, dibenzothiophen và các dẫn xuất khó tách trong 
nhiên liệu diesel mà các phương pháp khác không tách được [4], [5] 
2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 
2.1. Vật liệu 
1 ThS. Viện kinh tế biển, trường Đại học Bà Rịa, Vũng Tàu 
Pyridine (99%, Pháp), N-butylchloride (99%, Merck), Ethyl acetate (99%, Trung Quốc), n-
hexan (99%, Trung Quốc), AgNO3 (99%, Trung Quốc), dầu Diesel thương phẩm (Việt Nam). 
2.2. Phương pháp nghiên cứu 
2.2.1. Tổng hợp ILs N-butylpyridinium acetate [BPy][Ac]vàN-butyl pyridinium nitrate 
[BPy][NO3] 
Quá trình tổng hợp ILs N-butylpyridinium acetate [BPy][Ac] và N-butyl pyridinium nitrate 
[BPy][NO3] trải qua 2 giai đoạn. 
Giai đoạn 1: Tổng hợp ILs N-butyl pyridiniumchloride [BPy][Cl] 
Cl 
Phản ứng được thực hiện bằng phương pháp khuấy từ gia nhiệt trong điều kiện cố định tỷ lệ 
mol N-butylchloride/pyridine với lượng dư 10% N-butylchloride và không sử dụng dung môi hữu 
cơ ở nhiệt độ100 oC với thời gian phản ứng là 60 giờ.Lọc lấy phần tinh thể rắn và rửa sạch bằng 
ethyl axetateđếntrungtính. Loại bỏ phần dung môi rửa, sau đó đem phần sản phẩm đi cô quay chân 
không ở 70 oC để đuổi vết dung môi. Thu hồi sản phẩm, cân và tính hiệu suất phản ứng. Đặc trưng 
sản phẩm được xác định bằng phổ hồng ngoại IR. 
Giai đoạn 2: Tổng hợp ILs N-butylpyridinium acetate [BPy][Ac]và N-butyl pyridinium 
nitrate [BPy][NO3] 
Thực hiện phản ứng N-butyl pyridinium chloride với acid acetic với tỷ lệ mol 1:1 trong môi 
trường nước tại nhiệt độ phòng. Sau một thời gian, hỗn hợp xuất hiện kết tủa màu trắng đục. Lọc 
lấy kết tủa và rửa lại bằng nước, sau đó đem sấy và cân khối lượng kết tủa. Đặc trưng sản phẩm 
được xác định bằng phổ hồng ngoại IR. 
Thực hiện phản ứng N-butyl pyridinium chloride với bạc nitrate với tỷ lệ mol 1:1 trong môi 
trường nước tại nhiệt độ phòng. Sau một thời gian, hỗn hợp xuất hiện kết tủa màu trắng đục. Lọc 
lấy kết tủa và rửa lại bằng nước, sau đó đem sấy và cân khối lượng kết tủa. Đặc trưng sản phẩm 
được xác định bằng phổ hồng ngoại IR. 
2.2.2. Chiết tách lưu huỳnh bằng ILs [BPy][Ac], [BPy][NO3] 
Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tách lưu huỳnh bằng ILs [BPy][Ac], 
[BPy][NO3] 
N C l + N 
+ 
N 
C l - 
+ 
N 
C l - 
+ 
+ C H 3 C O O H N 
C H 3 C O O 
+ 
+ A g N O 3 N 
N O 3 
+ 
+ A g C l 
[ B P y ] [ A c ] 
[ B P y ] [ N O 3 ] 
H C l 
Quá trình chiết tách lưu huỳnh được thực hiện trong điều kiện khuấy từ gia nhiệt trong 
khoảng thời gian đã chọn với tỷ lệ khảo sát Ils/DO = 1/1 ở nhiệt độ phòng. Chiết lấy phần dầu DO 
sau khi khuấy và đo hàm lượng lưu huỳnh. 
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tách lưu huỳnh bằng ILs [BPy][Ac], 
[BPy][NO3]. 
Quá trình chiết tách lưu huỳnh được thực hiện trong điều kiện khuấy từ gia nhiệt ở các nhiệt 
độ đã chọn với tỷ lệ DO/ILs = 1:1, thời gian 60 phút. Chiết lấy phần dầu DO sau khi khuấy và đo 
hàm lượng lưu huỳnh. 
Hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu trước và sau khi chiết với chất lỏng ion được xác 
định bằng máy đo hàm lượng lưu huỳnh LAB X-3500SCL (Oxford Instruments). Hiệu suất tách 
lưu huỳnh trong dầu diesel được xác định như sau: 
H = .100 
Trong đó: S, S0 lần lượt là hàm lượng lưu huỳnh trong dầu DO trước và sau khi tách bằng 
ILs. 
3. Kết quả và thảo luận 
3.1. Tổng hợp N-butyl pyridiniumchloride [BPy][Cl ] 
Đặc trưng phổ hồng ngoại IR được thể hiện trong hình 1 và bảng 1 sau: 
Hình 1. Phổ IR của [BPy][Cl] 
Bảng 1. Đặc trưng phổ IR của [BPy][Cl] 
Tần số hấp thụ 
đặc trưng (cm-1) 
Đặc trưng 
liên kết 
Đặc trưng nhóm chức 
3030 = C - H 
Đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm =C-H 
trong hợp chất hyrocarbon thơm. 
1625 - 1590 C = C 
Đặc trưng cho d