《分子篩吸附劑的梯次孔道結構調變與吸附脫硫機理研究》是依託大連理工大學,由田福平擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：分子篩吸附劑的梯次孔道結構調變與吸附脫硫機理研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：田福平
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
燃料油超深度脫硫是國際上亟待解決的重大課題，吸附脫硫是一種很有套用前景的技術，但面臨如下挑戰：如何在組成複雜且含有大量競爭物質（如烯烴、芳烴）的條件下，有效提高對微量有機硫化物的吸附選擇性。即吸附脫硫選擇性影響機制的研究至關重要。本項目以微孔分子篩作為吸附劑基質，採用水熱-化學處理的組合方法梯次調變吸附劑的孔道結構，離子交換法引入特定金屬離子，原位紅外光譜和熱分析-質譜聯用技術研究參與吸附各組分的吸附方式和吸附強度,氣質聯用技術監測表面化學反應。本項目以吸附劑孔道結構的梯次調變為研究主線，在解決吸附分子擴散限制的同時，重點研究吸附劑的孔道結構與各組分的吸附強度和可能的酸催化表面反應的對應關係,結合金屬離子的引入對吸附方式和酸性質的影響研究，深入認識吸附劑的結構和性質、吸附方式與吸附選擇性之間的內在聯繫，闡明選擇性吸附脫硫的影響機制，為高選擇性脫硫吸附劑的開發設計與合成提供實驗及理論依據。
結題摘要
本項目從微孔分子篩孔道調變、金屬離子與吸附劑酸性和吸附模式的關係、吸附劑孔道調變對酸性和吸附模式的影響、以及MOF材料脫硫性能四方面對孔道結構與脫硫選擇性的關係進行系統研究，得到如下重要結果： 1、對低矽鋁比Beta分子篩，通過控制鹼液濃度，可以梯次調變其孔道結構。骨架鋁含量是調變孔道結構的關鍵影響因素。當鹼處理條件固定時（0.2 mol/L NaOH, 65 oC, 0.5 h），形成多級孔道Beta分子篩的最優Si/Al比為12.5~32。對Y型分子篩，通過EDTA的用量和處理時間可以控制脫鋁程度，深度脫鋁-深度脫矽可破壞微孔產生中孔，且顯著提高結晶度。而緩和脫鋁-緩和脫矽，儘管在保持高結晶度時產生一部分中孔，但微孔孔容基本不變。 2、離子交換可改變分子篩的酸性質。Ag(I)Y以L酸為主，Ce (IV)Y以強B酸為主。B酸中心對噻吩和環己烯的吸附有影響，對甲苯吸附無影響。噻吩、甲苯和環己烯在Ag(I)Y均發生π絡合吸附；導致高競爭物含量時Ag(I)Y脫硫率很低。除π電子作用和質子化作用外，噻吩在Ce (IV)Y上存在S-M直接作用，該作用更有助於抵抗大量競爭物的干擾，使得高環己烯/甲苯含量時，Ce(IV)Y均表現出最高的脫硫率。 3、分子篩的梯次孔道結構有利於多組分（烯烴、芳烴）共存條件下，有機硫化物的選擇性吸附。微孔孔容幾乎不變但中孔孔容顯著增加的DA6-AT1-AW-Ce吸附劑與微孔Ce(IV)Y的脫硫性能幾乎一樣；而微孔被部分破壞，同時中孔孔容顯著增加的meso-CeY，在含大量甲苯/環己烯的模型油中，均表現出優異的脫硫效果。說明微孔孔道的適度破壞，可明顯減弱有機硫化物和競爭物的微孔填充效應，使S-M作用在大量競爭物存在時起主導作用，提高脫硫選擇性。 4、HKUST-1在考察的3種MOF材料中具有最好的吸附噻吩性能。模型油中競爭物的含量為噻吩的500倍（摩爾比）時，HKUST-1的平衡脫硫率僅下降30%（環己烯）或14%（甲苯），說明其具有較高的噻吩吸附選擇性。噻吩在HKUST-1上吸附符合Langmuir方程，而環己烯和甲苯符合Freundlich方程。說明其吸附機理不同。HKUST-1在最佳固定床脫硫條件下的穿透硫容為8.98 mg S/g吸附劑。再生4次後，仍基本保持其穿透硫容。
