离子液体杂化多金属氧酸盐低共熔溶剂高效捕获H2S：构象转变与构效关系研究

本研究针对非水相脱硫技术瓶颈，创新性地设计了一种基于离子液体（ILs）杂化多金属氧酸盐（POM）的低共熔溶剂（PCDES）体系。通过密度泛函理论（DFT）计算和表征分析，首次提出"三叶草"构象转变理论，揭示了PCDES在25-200oC宽温区内维持100%脱硫效率的机制，最终产物为环境友好的硫酸盐。该工作为绿色工程框架下H2S无害化处理提供了新策略。

　　

在石油开采和天然气净化等工业过程中，硫化氢（H₂S）作为一种剧毒酸性气体，不仅威胁人体健康，燃烧后生成的二氧化硫（SO₂）还会导致酸雨等环境灾害。尽管湿法氧化脱硫技术（如ADA、HPF、Lo-Cat等）具有较高去除率，但存在脱硫剂稳定性差、设备腐蚀、高温失效等固有缺陷。与此同时，多金属氧酸盐（Polyoxometalates, POMs）虽在催化等领域展现独特优势，但其热不稳定性及难回收性制约了实际应用。如何突破这些技术瓶颈，实现高效、绿色、宽温区操作的脱硫技术，成为环境工程领域亟待解决的难题。

针对这一挑战，中国某研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表创新性研究成果。该工作巧妙融合离子液体（Ionic Liquids, ILs）与低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvents, DES）的优势，设计出长链离子液体杂化多金属氧酸盐低共熔溶剂（PCDES）体系。研究人员通过将含离子液体背景的两种材料——烷基长链离子液体杂化多金属氧酸盐（POM-ILs）与基于ILs的DES相结合，首次实现了POM-ILs杂化材料在液相脱硫中的应用突破。

关键技术方法包括：采用1-十四烷基-3-甲基咪唑氯化物（C₁₄mimCl）与磷钼酸（H₃PMo₁₂O₄₀）合成POM-ILs杂化材料；通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证Keggin结构特征峰；结合DFT计算阐明构象转变机制；在25-200^oC宽温区测试脱硫性能；采用过氧化氢（H₂O₂）实现脱硫剂再生。

研究结果部分：

1. PCDES的表征：FTIR光谱证实[C₁₄mim]₃PMo₁₂O₄₀成功保留了PMo₁₂的Keggin结构特征峰（1065 cm^-1的P-O_a、964 cm^-1的Mo=O_d等），同时显示烷基链C-H（2850/2923 cm^-1）和咪唑环特征振动峰。

2. 构象转变理论：DFT计算首次揭示POM-ILs杂化材料可通过缠结交联作用，从无序的"核壳"结构转变为有序的"三叶草"构象。这种构象转变暴露出更多脱硫活性位点，扩大H₂S捕获范围，促进电荷链转移行为，成为提升脱硫性能的关键。

3. 性能优化：最优脱硫剂PCDES@3C₁₄-2Im在25-200^oC宽温区内可保持100%脱硫效率近150分钟，循环再生后仍维持98%以上效率。脱硫终产物为环境友好的硫酸盐，符合绿色工程要求。

结论与讨论部分指出，该研究通过构建PCDES体系，不仅克服了ILs高粘度、温度窗口窄的缺点，还显著增强了POM的脱硫性能。提出的"三叶草"构象转变理论为理解非水相脱硫机制提供了新视角。环境意义方面，该技术实现了H₂S的绿色闭环处理，减少化学试剂使用和资源消耗，为突破传统湿法氧化脱硫技术瓶颈提供了创新解决方案。这项工作推动了多金属氧酸盐化学与绿色溶剂的深度融合，为研究非水相液相脱硫剂的结构-性能关系开辟了新途径。