o-profile展示了分子的电荷分布特性，o-potential表征了分子的氢键供体和氢键受体能 力，若曲线左端负值很大，表明分子具有很强的氢键受体能力：反之，则有很强的氢键供 体能力。如图7(a)所示，噻吩的o-profile主要集中在c=0附近，处在非极性区域，说 明它的极性较低：另一方面，如图7(b)所示噻吩的o-potential呈抛物线形且曲线顶点在 σ=0/A的附近。这种抛物线形状一般是纯介电性质特有的曲线，同样可以反映噻盼较低 的极性：而水和过氧化氢的ō-profile分布范围宽，在左侧氢键供体区域和右侧氢键受体区 域都有峰值，所以过氧化氢溶液中水和过氧化氢可以作为很强的氢键供体和氢键受体。σ- potential在0.01e/A2和-0.01c/A附近两侧的峰值反映出该物质的氢键能力，如果另一物质 存在c>0.01c/或c<0.01c/A的表面，则可以与水和过氧化氢形成氢键，过氧化氢在c =0.01/A附近的峰值高于水，说明过氧化氢的氢键供体能力强于水分子的：噻吩砜在σ- profile的氢键供体区域没有峰值，这一点可从o-potential可以看出，c>0eA时，曲线一 直递增，说明噻吩砜的氢键受体能力强于氢键供体能力：HO2MMim[HSQ顿c-profile在 氢键供体和氢键受体区域都有峰值，与其他集中化合物相比，HO2MMim]fHSO]的σ- potential在更小屏蔽电荷处就变为负值，因此氢键受体能力更强。 表3存质在溶剂中的溶解度、化学势、静电能、氢顺的和范落华力 Table 3 Solubility,chemical potential,electrostatic energy,hydrogen bond energy and van der Waals force of solute in solvent Chemical Hydrogen Van der Waals Solubility potential bond Solute Solvent forces (kcal LogiaX (keal.mol kcal.mol-1) mol-) [HO2MMim][HSO4] -1.3256 2.8555 0.0031 -14.9082 Thiophene H2O2 -2.3629 4.3220 0 -13.4420 [HO2MMim][HSO4] -0.4648 049 3.2946 -0.6004 -17.2969 Sulfone H2O2 -2.1412 2.9211 3.3061 -2.3589 -15.4217 表3是用溶质在溶剂中的湘互作用能。COSMOtherm可以计算噻吩、砜等含硫化合物 在离子液中溶解时溶剂与溶质分子间的相互作用力。如表3所示，随着溶质极性增大，溶 质在离子液和过氧化渝会溶液中的溶解度会随着化学势的减小而增大，范德华力也基本 保持增大，说明噻吩和砜O2MMim][HSO]和H,O2中主要依靠分子间作用力中的范德华 力成键，氢键表现出的作用较弱3,3刘。所以，含硫物质在混合液中的溶解度主要依赖于溶 剂本身与混合溶液之间存在的范德华力这种分子间作用力。 综上人通过实验和模拟分析可以看出，离子液体萃取和光催化协同深度脱除煤中的含 硫物质。HO MMim]HSO]-H,O2-TiO2光催化处理过的煤中观察到有机硫-SH,-S-S-和噻 吩与砜/亚砜的湘对比率明显降低，特别是针对噻吩效果更好。由于离子液体的存在和紫外 光辐射使得体系中的氧化性物质OH和过氧羧基增多，氧化能力增大，更多的含硫物质被 氧化成极性高的砜或者亚砜：砜和亚砜的极性大于相应的硫化物，根据相似相溶原理，极 性大的分子更容易溶解在极性溶剂中，大大提高脱硫效率。 4结论 (1)煤中有机硫的脱除一直是深度脱硫的关键，实验结果表明TO,光催化氧化反应 过程与离子液体萃取过程耦合，增加硫化物极性，可大幅提升离子液体的脱硫能力，降低 燃煤使用造成的危害：HO2MMim]HSO]-HO-HO2-TiO2(5:5:10:4)光催化处理后的煤的σ-profile 展示了分子的电荷分布特性，σ-potential 表征了分子的氢键供体和氢键受体能 力，若曲线左端负值很大，表明分子具有很强的氢键受体能力；反之，则有很强的氢键供 体能力。如图 7（a）所示，噻吩的 σ-profile 主要集中在 σ = 0 附近，处在非极性区域，说 明它的极性较低；另一方面，如图 7（b）所示噻吩的 σ-potential 呈抛物线形且曲线顶点在 σ = 0 e/Å2的附近。这种抛物线形状一般是纯介电性质特有的曲线，同样可以反映噻吩较低 的极性；而水和过氧化氢的 σ-profile 分布范围宽，在左侧氢键供体区域和右侧氢键受体区 域都有峰值，所以过氧化氢溶液中水和过氧化氢可以作为很强的氢键供体和氢键受体。σ- potential 在 0.01 e/Å2和-0.01 e/Å2附近两侧的峰值反映出该物质的氢键能力，如果另一物质 存在 σ > 0.01 e/Å2或 σ < 0.01 e/Å2的表面，则可以与水和过氧化氢形成氢键，过氧化氢在 σ = 0.01 e/Å2附近的峰值高于水，说明过氧化氢的氢键供体能力强于水分子的；噻吩砜在 σ- profile 的氢键供体区域没有峰值，这一点可从 σ-potential 可以看出，σ > 0 e/Å2时，曲线一 直递增，说明噻吩砜的氢键受体能力强于氢键供体能力；[HO2MMim][HSO4]的 σ-profile 在 氢键供体和氢键受体区域都有峰值，与其他集中化合物相比，[HO2MMim][HSO4]的 σ- potential 在更小屏蔽电荷处就变为负值，因此氢键受体能力更强。 表 3 溶质在溶剂中的溶解度、化学势、静电能、氢键能和范德华力 Table 3 Solubility, chemical potential, electrostatic energy, hydrogen bond energy and van der Waals force of solute in solvent Solute Solvent Solubility Log10x Chemical potential （kcal· mol- 1） Electrostatic energy （kcal· mol-1） Hydrogen bond （kcal· mol- 1） Van der Waals forces（kcal· mol-1） Thiophene [HO2MMim][HSO4] -1.3256 2.8306 2.8555 0.0031 -14.9082 H2O2 -2.3629 4.2457 4.3220 0 -13.4420 Sulfone [HO2MMim][HSO4] -0.4648 3.7049 3.2946 -0.6004 -17.2969 H2O2 -2.1412 2.9211 3.3061 -2.3589 -15.4217 表 3 是用溶质在溶剂中的相互作用能。COSMOtherm 可以计算噻吩、砜等含硫化合物 在离子液中溶解时溶剂与溶质分子间的相互作用力。如表 3 所示，随着溶质极性增大，溶 质在离子液和过氧化氢混合溶液中的溶解度会随着化学势的减小而增大，范德华力也基本 保持增大，说明噻吩和砜在[HO2MMim][HSO4]和 H2O2中主要依靠分子间作用力中的范德华 力成键，氢键表现出的作用较弱[33, 34]。所以，含硫物质在混合液中的溶解度主要依赖于溶 剂本身与混合溶液之间存在的范德华力这种分子间作用力。 综上，通过实验和模拟分析可以看出，离子液体萃取和光催化协同深度脱除煤中的含 硫物质。[HO2MMim][HSO4]-H2O2-TiO2光催化处理过的煤中观察到有机硫-SH，-S-S-和噻 吩与砜/亚砜的相对比率明显降低，特别是针对噻吩效果更好。由于离子液体的存在和紫外 光辐射使得体系中的氧化性物质·OH 和过氧羧基增多，氧化能力增大，更多的含硫物质被 氧化成极性高的砜或者亚砜；砜和亚砜的极性大于相应的硫化物，根据相似相溶原理，极 性大的分子更容易溶解在极性溶剂中，大大提高脱硫效率。 4 结论 （1）煤中有机硫的脱除一直是深度脱硫的关键，实验结果表明 TiO2光催化氧化反应 过程与离子液体萃取过程耦合，增加硫化物极性，可大幅提升离子液体的脱硫能力，降低 燃煤使用造成的危害；[HO2MMim][HSO4]-H2O-H2O2-TiO2（5:5:10:4）光催化处理后的煤的 录用稿件，非最终出版稿