基于原位氧化剂生成的高效电催化脱硫技术及其在燃料油净化中的应用

为解决燃料油中芳香族硫化合物脱除难题，研究人员开发了一种提取耦合电催化氧化脱硫(EC-EODS)系统。该系统利用离子液体(ILs)-NaCl-H2SO4电解质，通过电化学原位生成ClO-氧化剂，实现了100%硫脱除率，同时阴极副产H2。该技术突破了传统氧化脱硫(ODS)对外源氧化剂的依赖，为炼厂提供了经济高效的脱硫方案。

　　

随着全球环保法规日益严格，燃料油中硫含量标准已降至10 μg/g以下，但原油品质持续劣化使传统加氢脱硫(HDS)面临巨大挑战——不仅对芳香族硫化合物(如二苯并噻吩DBT)脱除效率低，且高温高压条件导致能耗剧增。更棘手的是，随着委内瑞拉等含硫量超5.5 wt.%的重质原油开采，开发新型低温高效脱硫技术迫在眉睫。

中国科学院兰州化学物理研究所的研究团队创新性地将电化学与氧化脱硫(ODS)结合，构建了提取耦合电催化氧化脱硫(EC-EODS)系统。该系统巧妙利用沿海炼厂丰富的海水资源，通过[Bmim]BF₄离子液体选择性萃取硫化物，在NaCl-H₂SO₄电解质中电化学原位生成ClO^-氧化剂，最终实现硫化物高效转化与H₂联产，相关成果发表在《Green Energy》上。

研究采用气相色谱(GC)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)监测脱硫过程，通过循环伏安法(CV)解析反应机制。关键创新在于：1) 设计[Bmim]BF₄-NaCl-H₂SO₄三元电解质体系；2) 利用石墨电极双重功能（导电与催化）；3) 建立产物分离回收工艺。

【电解质优化】

研究发现5 wt.% H₂SO₄与0.2 mol/L NaCl组合时，Cl^-电解效率最佳，20分钟内脱硫率达97.8%。[Bmim]BF₄因独特的水溶性和导电性，较其他离子液体([Omim]PF₆等)性能提升40%。

【反应机制】

自由基捕获实验证实·O₂^-是主要活性氧物种(ROS)，其通过Cl^-→ClO^-→·O₂^-路径生成。石墨电极表面催化ClO^-转化的关键作用被证实——替换为不锈钢电极时效率骤降88%。

【工艺优势】

系统在30°C、150 mA条件下即实现完全脱硫，活化能仅10.09 kJ/mol，为文献报道最低。对4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)等空间位阻硫化物仍保持99.9%脱除率。

该研究开创了"脱硫-产氢"一体化新模式：阴极每脱除1 mol硫化物可联产1 mol H₂，直接用于炼厂加氢工序。通过CH₂Cl₂/乙醇分级萃取，实现了离子液体与二苯并噻吩砜(DBTO₂)的高效回收。相较于传统ODS技术，EC-EODS系统省去了H₂O₂等昂贵氧化剂的使用，操作成本降低60%以上。

这项技术为炼厂提供了一种符合"双碳"战略的解决方案：既解决了重质油深度脱硫难题，又通过H₂联产降低了氢能应用成本。特别对沿海炼厂而言，可直接利用海水电解质，实现资源循环利用。未来通过电极材料优化和流程强化，该技术有望成为新一代绿色炼化核心技术。