Molybdenum Peroxide Anchored on Fluoronated UiO-66 as Catalyst in the Oxidation of Sulfur Containing Compounds

doi:10.7503/cjcu20200789

Abstract

Abstract:

The oxidative desulfurization（ODS） process is a very important tool to reduce sulfur emission and to comply with the increasingly stringent environmental regulations for fuels. Metal-organic frameworks with high specific surface area can introduce the 2nd metal sites via. chemical bonding， thus constructing a heterogeneous catalytic system with good chemical stability， which has advantages in the field of liquid-phase oxidative desulfurization. In this work， the ligand functional groups of UiO-66 were modified by pre-modification. Firstly， the hydrophilic and hydrophobic properties of UiO-66 were regulated by introducing —F； secondly， MoO（O₂）₂ was loaded on the UiO-66 framework by introducing —NH₂. The contact angle test showed that the introduction of fluorine effectively improved the hydrophobicity of the carrier surface， and thermogravimetric analysis proved that there were more ligand missing on the fluorine-modified UiO-66 framework， thus effectively improving the Lewis acidity of the overall MOF framework. The effects of reaction temperature， ratio of oxygen to sulfur and catalyst dosage on catalytic performance were investigated by orthogonal experiment with dibenzothiophene（DBT） oxidation as the model reaction and cumene hydroperoxide（CHP） as the oxidant. The results show showed that O/S molar ratio is the key factor affecting DBT conversion. The catalytic activity of the fluorine modified catalyst has no obvious change after five catalytic cycles， and the framework remains stable.

Key words: Hydrophobicity, Oxidative desulfurization, Dibenzothiophene, Metal-organic framework

CLC Number:

O643.32

TrendMD:

ZHANG Renli, WANG Yao, YU Zhiquan, SUN Zhichao, WANG Anjie, LIU Yingya. Molybdenum Peroxide Anchored on Fluoronated UiO-66 as Catalyst in the Oxidation of Sulfur Containing Compounds[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1914.

Figures/Tables 13

References 35

1	Chow J.， Kopp R. J.， Portney P. R.， Science， 2003， 302（5650）， 1528—1531
2	Bhutto A. W.， Abro R.， Gao S. R.， Abbas T.， Chen X. C.， Yu G. R.， J. Taiwan Inst. Chem. E， 2016， 62， 84—97
3	Chen K.， Liu N.， Zhang M.， Wang D.， Appl. Catal. B： Environ.， 2017， 212， 32—40
4	Ganguly T.， Das A.， Jana M.， Inorg. Chem.， 2018， 57（18）， 11306—11309
5	Tripathi D.， Negi H.， Singh R. K.， Singh U. P.， Srivastava V. C.， J. Coord. Chem.， 2019， 72（17），2982—2996
6	Chen K.， Zhang X. M.， Yang X. F.， Jiao M. G.， Zhou Z.， Zhang M. H.， Wang D. H.， Bu X. H.， Appl. Catal. B： Environ.， 2018， 238，263—273
7	Craven M.， Xiao D.， Kunstmann-Olsen C.， Kozhevnikova E. F.， Blanc F.， Steiner A.， Kozhevnikov I. V.， Appl. Catal. B： Environ.， 2018， 231， 82—91
8	Gu Q. Q.， Wen G. D.， Ding Y. X.， Wu K. H.， Chen C. M.， Su D. S.， Green. Chem.， 2017， 19（4）， 1175—1181
9	Bhadra B. N.， Jhung S. H.， Appl. Catal. B： Environ.， 2019， 259， 1—25
10	Jiang H.， Jia J.， Shkurenko A.， Chen Z.， Adil K.， Belmabkhout Y.， Weselinski L. J.， Assen A. H.， Xue D. X.， O'Keeffe M.， Eddaoudi M.， J. Am. Chem. Soc.， 2018， 140（28），8858—8867
11	Kirchon A.， Feng L.， Drake H. F.， Joseph E. A.， Zhou H. C.， Chem. Soc. Rev.， 2018， 47（23）， 8611—8638
12	Liu Y. Y.， Leus K.， Sun Z. C.， Li X.， Depauw H.， Wang A. J.， Zhang J.， van der Voort P.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2019， 277， 245—252
13	Cavka J. H.， Jakobsen S.， Olsbye U.， Guillou N.， Lamberti C.， Bordiga S.， Lillerud K. P.， J. Am. Chem. Soc.， 2008， 130（42）， 13850—13851
14	Ye G.， Qi H.， Zhou W.， Xu W.， Sun Y. Y.， Inorg. Chem. Front.， 2019， 6（5）， 1267—1274
15	Xiao W. M.， Dong Q. L.， Wang Y.， Li Y.， Deng S. J.， Zhang N.， CrystEngComm， 2018， 20（38），5658—5662
16	Ye G.， Qi H.， Li X.， Leng K.， Sun Y.， Xu W.， ChemPysChem， 2017， 18（14）， 1903—1908
17	Viana A. M.， Julião D.， Mirante F.， Faria R. G.， de Castro B.， Balula S. S.， Cunha-Silva L.， Catal. Today， 2021， 362， 28—34
18	Afzali N.， Kardanpour R.， Zadehahmadi F.， Tangestaninejad S.， Moghadam M.， Mirkhani V.， Mechler A.， Mohammadpoor‐Baltork I.， Bahadori M.， Appl. Organomet. Chem.， 2019， 33（11）， 1—11
19	Chica A.， Corma A.， Domine M. E.， J. Catal.， 2006， 242（2）， 299—308
20	Goh T. W.， Xiao C. X.， Maligal⁃Ganesh R. V.， Li X. L.， Huang W. Y.， Chem. Eng. Sci.， 2015， 124， 45—51
21	Biswas S.， van Der Voort P.， Eur. J. Inorg. Chem.， 2013， 2013（12）， 2154—2160
22	Tang J.， Dong W. J.， Wang G.， Yao Y. Z.， Cai L. M.， Liu Y.， Zhao X.， Xu J. Q.， Tan L.， Rsc. Adv.， 2014， 4（81）， 42977—42982
23	Pourkhosravani M.， Dehghanpour S.， Farzaneh F.， Sohrabi S.， React. Kinet. Mech. Cat.， 2017， 122（2）， 961—981
24	Sheng B. C.， Li C.， Liu Y. Y.， Wang A. J.， Wang Y.， Zhang J.， Liu W. X.， Chem. J. Chinese Universities， 2019， 40（7）， 1365—1373（盛炳琛，李从，刘颖雅，王安杰，王瑶，张箭，刘伟旭. 高等学校化学学报， 2019， 40（7）， 1365—1373）
25	Aralikatti N. V.， J. Mol. Struct.， 2018， 1173， 814—821
26	Tressaud A.， Moguet F.， Flandrois S.， Chambon M.， Guimon C.， Nanse G.， Papirer E.， Gupta V.， Bahl O. P.， J. Phys. Chem. Solids， 1996， 57（6—8）， 745—751
27	Valenzano L.， Civalleri B.， Chavan S.， Bordiga S.， Nilsen M. H.， Jakobsen S.， Lillerud K. P.， Lamberti C.， Chem. Mater.， 2011， 23（7）， 1700—1718
28	Zhang X. M.， Zhang Z. H.， Zhang B. H.， Yang X. F.， Chang X.， Zhou Z.， Wang D. H.， Zhang M. H.， Bu X. H.， Appl. Catal. B： Environ.， 2019， 256， 1—9
29	Ghahramaninezhad M.， Pakdel F.， Shahrak M. N.， Polyhedron， 2019， 170， 364—372
30	Otsuki S.， Nonaka T.， Takashima N.， Qian W. H.， Ishihara A.， Imai T.， Kabe T.， Energ. Fuel.， 2000， 14（6）， 1232—1239
31	Zheng H. Q.， Zeng Y. N.， Chen J.， Lin R. G.， Zhuang W. E.， Cao R.， Lin Z. J.， Inorg. Chem.， 2019， 58（10）， 6983—6992
32	Jiang W.， Zhu K.， Li H.， Zhu L.， Hua M.， Xiao J.， Wang C.， Yang Z.， Chen G.， Zhu W.， Li H.， Dai S.， Chem. Eng. J.， 2020， 394， 1—8
33	Chakarova K.， Strauss I.， Mihaylov M.， Drenchev N.， Hadjiivanov K.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2019， 281， 110—122
34	Xiao W.， Dong Q.， Wang Y.， Li Y.， Deng S.， Zhang N.， CrystEngComm， 2018， 20（38）， 5658—5662
35	Zhang X.， Huang P.， Liu A.， Zhu M.， Fuel， 2017， 209， 417—423

Sample	S_BET/(m²·g^-1)	Mo content/(mmol·g^-1)
UiO?66?1/4NH₂?sal?Mo	517	1.0
UiO?66?1/4NH₂?1/4F?sal?Mo	581	0.8
UiO?66?1/4NH₂?1/2F?sal?Mo	601	0.9
UiO?66?1/4NH₂?3/4F?sal?Mo	551	1.0

Sample	S_BET/(m²·g^-1)	Mo content/(mmol·g^-1)
UiO?66?1/4NH₂?sal?Mo	517	1.0
UiO?66?1/4NH₂?1/4F?sal?Mo	581	0.8
UiO?66?1/4NH₂?1/2F?sal?Mo	601	0.9
UiO?66?1/4NH₂?3/4F?sal?Mo	551	1.0

Entry	Catalyst dosage/g	O/S molar ratio	Temperature/℃	DBT conversion^*(%)
1	0.05	3	60	42.7
2	0.05	4	70	78.7
3	0.05	5	80	99.5
4	0.10	3	80	93.4
5	0.10	4	60	89.5
6	0.10	5	70	97.3
7	0.15	3	70	84.8
8	0.15	4	80	96.2
9	0.15	5	60	92.3

Entry	Catalyst dosage/g	O/S molar ratio	Temperature/℃	DBT conversion^*(%)
1	0.05	3	60	42.7
2	0.05	4	70	78.7
3	0.05	5	80	99.5
4	0.10	3	80	93.4
5	0.10	4	60	89.5
6	0.10	5	70	97.3
7	0.15	3	70	84.8
8	0.15	4	80	96.2
9	0.15	5	60	92.3

Factor	Catalyst dosage/g	O/S molar ratio	Temperature/℃
Mean value 1	73.63	73.63	74.83
Mean value 2	93.40	88.13	86.93
Mean value 3	91.10	96.37	96.37
Range	19.77	22.73	21.53