改性活性炭吸附燃油中有机硫化物应用基础

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含硫燃料燃烧后产生的SO<,x>对人类生活环境的严重污染和危害已引起社会的广泛关注,生产超净燃油和“零硫”燃油已是世界范围内一个极具挑战性的课题。在各种燃油深度脱硫技术中,吸附脱硫由于操作简单、可以在温和条件下对燃油进行深度脱硫,因而被认为是最有发展前景的技术之一。 本文主要研究活性炭表面改性对其结构和表面化学性质以及吸附二苯并噻吩性能的影响,主要涉及研究不同改性方法对活性炭孔结构和的表面化学性质的影响,二苯并噻吩在改性活性炭表面的吸附机理、固定床吸附二苯并噻吩性以及催化氧化再生技术基础研究,属化学工程和表面科学的研究领域,具有科学研究价值和实际意义。 本文研究活性炭表面物理结构和化学性质对二苯并噻吩吸附性能的影响。应用ASAP2010测定了不同活性炭比表面和孔结构,应用DRIFTS和Boehm滴定不同活性炭表面含氧基团,用间歇式静态法测定二苯并噻吩在活性炭上的吸附相平衡。研究结果表明:活性炭微孔部分比表面积越大,其对二苯并噻吩吸附容量越大。活性炭表面单位面积上酸性含氧基团越多,其对二苯并噻吩的吸附能力越强。活性炭含中孔数量越多,平均孔径越大,二苯并噻吩在其表面吸附达到平衡所需时间也越短。 本文应用表面热氧化技术改性活性炭,并研究其表面物理结构和化学性质及对二苯并噻吩吸附性能的影响。结果表明:表面热氧化提高了活性炭表面酸性含氧基团,提高了其对二苯并噻吩的吸附。氧化温度越高,其表面含氧基团含量越多,其对二苯并噻吩的吸附量也越大。与文献值比较发现,所研制的改性活性炭已达到或超过国际上报道的吸附剂对二苯并噻吩的吸附能力,这是本文的创新之一。 本文提出应用等离子体诱导氧气改性活性炭,并研究其表面物理结构和化学性质及对二苯并噻吩吸附性能的影响。结果表明:与原始活性炭相比,经等离子体诱导氧气改性的活性炭,其表面含氧量,特别是羧酸基团含量明显增加,从而明显提高了其对二苯并噻吩的吸附能力,这是本文的创新之处。 本文应用浸渍法对活性炭进行表面改性,分别制备了Ag(Ⅰ)/AC(Ⅰ)Zn(Ⅱ)/AC.Nj(Ⅱ)/AC,Cu(Ⅱ)/AC,Fe(Ⅲ)/AC等活性炭,采用程序升温脱附技术(TPD)测定二苯并噻吩在不同金属离子负载活性炭表面的脱附活化能。结果表明:活性炭表面负载Ag<+>,Ni<2+>,Cu<2+>或Zn<2+>离子,在其表面上产生了新的吸附活性位,增强了活性炭表面与二苯并噻吩的相互吸附作用力,提高其对二苯并噻吩的吸附,但活性炭表面负载:Fe<3+>没有产生新的吸附活性位,反而降低了活性炭对二苯并噻吩的吸附能力。二苯并噻吩在改性活性炭上的脱附活化能其大小顺序为:Ag(Ⅰ)/AC>Zn(Ⅱ)/AC>Ni(Ⅱ)/AC>Cu(Ⅱ)/AC>AC>Fe(Ⅲ)/AC。根据软硬酸碱理论,二苯并噻吩属于软碱,活性炭表面负载软酸Ag+或交界酸Ni<2+>,Cu<2+>和Zn<2+>增强了其表面软酸或交界酸性,提高了其对二苯并噻吩的吸附。而活性炭表面负载硬酸Fe<3+>,增大了其表面局部硬酸性,降低了其对二苯并噻吩的吸附。这一研究对拓展酸碱软硬理论的应用范围具有重要意义,是本文的重要创新之处。本文研究了活性炭固定床吸附二苯并噻吩和应用催化氧化法再生活性炭。研究表明:对于固定床吸附,二苯并噻吩硫进料浓度越小、床层温度越低、床层高度越长,流动相速度越小,固定床吸附透过时间就越长。所研制的改性活性炭,每克吸附剂能把57ml初始硫浓度为320 mg-S/L 模拟燃油溶液,净化至硫含量小于5mg-S/1,达到“零硫”标准,此时吸附剂的工作吸附容量高达18.2 mg-S/g-adsorbenh采用30%H<,2>O<,2>+HCOOH水溶液催化氧化二苯并噻吩能有效的再生活性炭,活性炭的再生率可达90%以上。
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