金属元素Mg/Ti对Cu+-13X分子筛吸附脱硫性能影响的研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jianyu128
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当今社会,环境问题日益突出,环保要求越来越高。燃料油(汽油、柴油和喷气燃料)中的硫化物是大气污染的主要来源之一。在雾霾天气的压力之下,我国开始加快燃油升级的脚步。因此,开展燃料油脱硫技术的研究,生产低硫、无硫的清洁燃料油具有十分重要的意义。本文以13X分子筛作为载体,通过浸渍法、液相离子交换法等制备一系列金属离子改性的分子筛吸附剂。以含有不同硫化物的正己烷溶液为模拟燃料油,通过静态吸附、动力学吸附和动态吸附等实验考查不同吸附剂的脱硫性能,得到以下结果:  (1)单金属吸附剂  以13X分子筛为载体,采用液相离子交换法制备一系列单金属吸附剂并考察其在模拟汽油中的脱硫性能,通过静力学吸附实验发现:当Cu+-13X吸附剂中Cu的质量分数为5.19%时,吸附剂的脱硫性能最佳。单组分体系中,Cu+-13X对TP、2-ETP的最大吸附量分别为130.2 mg/g,173.6 mg/g。  (2)双金属吸附剂  采用两步液相离子交换法分别制备一系列Mg2+/Cu+-13X,Ti4+/Cu+-13X分子筛吸附剂。以含有噻吩(TP)和2-乙基噻吩(2-ETP)的正己烷溶液为模拟燃料油,分别从静态吸附,动力学吸附,动态吸附三方面研究了三种吸附剂的脱硫性能,并利用XRD,XRF,ESEM和激光拉曼光谱仪(HR-800)等手段对所制备的吸附剂进行表征。采用Langmuir模型和竞争吸附的Langmuir模型对单、双组分硫化物的静态吸附平衡数据进行拟合;采用Crank单孔扩散模型对动力学吸附数据进行拟合。研究发现,当Mg2+/Cu+-13X、Ti4+/Cu+-13X吸附剂中Mg、Ti的质量分数分别为3.35%、3.19%时,其吸附脱硫性能最佳;实验数据与模型吻合均很好。静态吸附时,计算得到Mg2+/Cu+-13X、Ti4+/Cu+-13X吸附剂对噻吩和2-乙基噻吩单组分的最大吸附量分别为140.7mg/g和183.8mg/g,142.3mg/g和185.2mg/g,较Cu+-13X吸附剂对噻吩和2-乙基噻吩单组分的最大吸附量(130.2mg/g,173.6 mg/g)分别提高了8.1%和5.9%、9.3%和6.7%;从动力学吸附实验可知,单组分吸附时,Cu+-13X,Mg2+/Cu+-13X,Ti4+/Cu+-13X吸附剂对TP和2-ETP的扩散系数De分别为:1.8×10-5 cm2·s-1和8.0×10-6 cm2·s-1,1.1×10-5 cm2·s-1和9.4×10-6 cm2·s-1,1.3×10-5 cm2·s-1和8.7×10-6 cm2·s-1;双组分吸附时,Cu+-13X,Mg2+/Cu+-13X,Ti4+/Cu+-13X对TP和2-ETP的扩散系数De分别为:7.0×10-6 cm2·s-1和2.7×10-6 cm2·s-1,6.1×10-6 cm2·s-1和3.5×10-6 cm2·s-1,5.5×10-6 cm2·s-1和4.2×10-6cm2·s-1,数量级均在10-16~10-5范围之间,说明选用Crank单孔扩散模型描述本实验的吸附过程是合适的。二元体系吸附时,和单金属吸附剂Cu+-13X相比,TP在双金属吸附剂Mg2+/Cu+-13X、Ti4+/Cu+-13X上的扩散系数De均减小,而2-ETP的De均增大,说明Cu+-13X中添加金属元素Mg、Ti均可促进分子筛对2-ETP的吸附选择性。动态吸附实验研究表明,Cu+-13X负载Mg或Ti后,吸附TP、2-ETP的穿透吸附量和饱和吸附量均有一定程度的增加,其中TP的穿透吸附量分别增加了11.70%和17.41%;饱和吸附量分别增加了12.05%和15.02%;2-ETP的穿透吸附量分别增加了10.94%和12.67%,饱和吸附量分别增加了10.70%和13.23%。结果表明:双金属吸附剂的脱硫效果明显好于单金属Cu+-13X吸附剂;负载的Mg或Ti作为一种助剂,不同金属元素间产生协同效应,使分子筛形貌分布更加均匀,规整,并且增加了吸附剂的L酸含量使其还原性增强,吸附脱硫性能提高。
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