PDMS_PEI复合膜对FCC汽油的脱硫性能_Ag_2O载体促进传递

©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netPDMS/PEI复合膜对FCC汽油的脱硫性能(Ⅲ)Ag2O载体促进传递陈剑,李继定3,亓荣彬,叶宏,陈翠仙(清华大学化学工程系膜技术工程研究中心,北京100084)摘要:以聚醚酰亚胺(PEI)超滤膜为支撑层,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为复合层,制备PDMS/PEI渗透汽化催化裂化(FCC)汽油脱硫复合膜.实验选择Ag2O作为促进添加剂,利用可逆化学作用强化物质在膜内的传递过程,使膜分离兼具高通量和高选择性的特点,突破Robeson上限的限制,解决通量和选择性两者的矛盾.通过傅立叶红外光谱仪(FTIR-ATR)对PDMS/PEI复合膜表面进行结构分析,对比Ag2O填充前后官能团的变化.通过扫描电子显微镜(SEM)分析复合膜表面的形态.考察了添加剂的填充比例及料液温度等对渗透汽化脱硫性能的影响,讨论了固定载体促进传递的机理.关键词:渗透汽化;复合膜;促进传递;汽油脱硫中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:1007-8924(2009)03-0039-06催化裂化(FCC)汽油中的硫化物主要以噻吩和苯并噻吩类硫化物的形式存在,约占硫化物总量的80%以上,其中约一半分布在FCC汽油的重馏分中,另外有少量的低碳硫醇、硫醚存在[1].我国FCC汽油中的硫化物存在形式以硫醇、硫醚、二硫化物和噻吩类这4种有机硫化物为主,其中噻吩类硫的质量分数占总硫的60%以上,而硫醚硫和噻吩硫占总硫的85%以上[2].为了达到高效脱硫的目的,利用活性载体与待分离组分发生可逆反应的特点,可显著提高膜分离过程的效率,强化分离过程.促进传递的研究最早起源于液膜过程,尽管液膜具有快速、选择性高等优点,但在工业上仍极少应用,因为液膜稳定性差,活性组分及溶剂易于流失,而且难以制备很薄的液膜[3].因此,人们逐渐采用适当的方法使载体固定化,并将促进传递原理引伸到固膜中.近年来,固定载体促进传递受到了各国学者的重视,已有许多文献报道[4-6].Kang[7]和Pin2nau[8]等人的研究表明,Ag+离子能与烯烃、芳烃等有机物间形成电子给体-受体络合物,可以促进烯烃/烷烃的分离.同时,石油馏分吸附脱硫的研究结果表明[9,10],Ag+、Cu+、Ni2+等离子可以通过噻吩类硫化物中的CC双键而形成不同的络合结构.分子轨道的计算结果表明[11],与苯相比噻吩可以与Ag+、Cu+形成更强的π络合键.因此,可以选择合适的脱硫吸附剂作为渗透汽化膜的活性填充组分,从而促进噻吩类化合物在膜中的传递,达到更高的脱硫效果.本文在归纳总结现有研究工作基础上[12-15],在PDMS/PEI复合膜中引入固定载体Ag2O,围绕促进传递膜的基本原理,研究了促进载体填充比例以及操作条件对渗透汽化脱硫性能的影响,以寻求最佳载体填充范围.渗透汽化分离实验结果证实了填充Ag2O该对有机硫化物具有优先透过选择性和较高的通量.收稿日期:2007-12-20;修改稿收到日期:2008-01-09基金项目:国家973项目(2003CB615701);国家自然科学基金项目(20576059,20676067,20736003);中石化科技开发研究基金(X505002);中石油风险创新基金(05051143)作者简介:陈剑(1980-),男,河南信阳市人,博士,从事膜分离.3通讯联系人,电话:(010)62782432,E-mail:li2jiding@mail.tsinghua.edu.cn第29卷第3期膜科学与技术Vol.29No.32009年6月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYJun.2009©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net1实验部分1.1实验原料聚醚酰亚胺(PEIUltem○R-1000),GE公司提供,分子式如图1所示.N-甲基吡咯烷酮(NMP),分析纯,北京益利化学试剂公司.正庚烷,分析纯,北京化工二厂.聚二甲基硅氧烷(PDMS),黏度为10Pa·s,北京化工二厂.噻吩,分析纯,天津化工厂.Ag2O,中国医药公司上海分公司.图1聚醚酰亚胺(PEI)的分子式Fig.1ChemicalstructureofPEI1.2渗透汽化实验装置图2渗透汽化实验装置Fig.2Schemeofthepervaporationapparatus渗透汽化实验装置如图2所示.装置主要由料液罐、料液泵、膜器、透过侧制冷、真空泵组成.首先将制备好的复合膜放入膜器,然