负载金属球形活性炭吸附苯并噻吩的研究

第28卷第2期2014．06沈阳化工大学学报JOURNALOFSHENYANGUNIVERSITYOFCHEMICALTECI-INOLOGYVo1．28No．2Jun．2014文章编号：2095—2198(2014)02—0119—05负载金属球形活性炭吸附苯并噻吩的研究许天行，李文秀，范俊刚，马研研，张志刚(沈阳化工大学辽宁省化工分离技术重点实验室，辽宁沈阳110142)摘要：通过负载不同过渡金属于阳离子交换树脂，再经焙烧及CO：活化，制备负载金属球形活性炭吸附剂，并采用间歇床实验研究制备条件与脱硫条件对吸附剂脱硫性能的影响．结果表明：3类负载金属球形活性炭C-Fe、C—Ni和C—Cu的最佳炭化温度分别为430oc、450oc和440℃；对苯并噻吩的平衡吸附硫容分别为14．33mg／g、12．97mg／g和10．22mg／g；吸附时间为4h．当剂油质量比分别为0．15、0．17、0．22时，脱硫率达到最大，分别为67％、63％、54％．采用乙醇超声清洗和焙烧的方法，经3次再生处理后，吸附剂脱硫活性显著降低．关键词：球形活性炭；负载；苯并噻吩；吸附脱硫doi：10．3969／j．issn．2095—2198．2014．02．006中图分类号：TQ424．19文献标识码：A获得低硫甚至无硫油品的关键是如何高效脱除油品中的噻吩类含硫化合物．对于汽油中噻吩和苯并噻吩这些较难脱除的硫化物，虽然通过加氢脱硫可以将其除去，但需要较高的能耗和操作费用，同时造成油品辛烷值的大幅度降低．查阅近期相关的文献资料，有大量研究工作集中于吸附脱硫、膜法脱硫等非加氢脱硫技术¨J．吸附脱硫因其操作条件温和、运行成本低、辛烷值损失小等优点，成为近年来脱硫领域研究的热点．吸附脱硫技术的关键在于吸附剂的选择与制备．球形活性炭是一种特殊的活性炭材料，既有发达的孔隙结构和较高的化学稳定性，又因其特殊的形状而具有耐磨性能强、填充度高等优点J．通过改性，可用于制备具有吸附性能的脱硫材料．本文通过负载不同过渡金属于阳离子交换树脂，再经焙烧及CO：活化，制备负载金属球形活性炭吸附剂．以苯并噻吩为模拟汽油中的含硫组分，考察制备的吸附剂的脱硫性能，并结合材料表征对实验结果进行分析．1实验部分1．1实验原料苯乙烯系阳离子交换树脂(I-I)型，上海金凯树脂化工有限公司；苯并噻吩，国药集团上海化学试剂有限公司；环己烷、甲苯，天津市大茂化学试剂厂；正辛烷，天津市博迪化工股份有限公司；硝酸铁、硝酸镍、硝酸铜，沈阳市新西试剂厂，所用试剂均为分析纯．1．2球形活性炭的制备常温下分别将一定量预处理后的树脂与硝酸铁、硝酸镍、硝酸铜溶液进行离子交换24h，用去离子水洗涤后，置于真空干燥箱中在120℃下干燥12h．在N。氛围下，利用程序升温控制将树脂于真空管式炉中焙烧炭化，然后通入CO，活化1h，即获得负载金属的球形活性炭，分别记收稿日期：2013—03—28基金项目：辽宁省自然科学基金项目(2013020080)；辽宁省教育厅科学研究一般项目(L2013162)；辽宁省高等学校优秀人才支持计划(LR20120t3)．作者简介：许天行(1985一)，男，吉林吉林人，硕士研究生在读，国家奖学金获得者，主要从事传质与分离技术方面的研究．通讯联系人：李文秀(1963一)，男，吉林辽源人，教授，博士，主要从事传质与分离技术方面的研究．120沈阳化工大学学报2014年为C—Fe、C—Ni、C—Cu1．3吸附脱硫实验采用间歇床实验，以苯并噻吩作为汽油中含硫组分的模型化合物，环己烷、正辛烷、甲苯为汽油中烃类的模拟组分，配制的模拟汽油记作MG，其具体组成见表1．表1模拟汽油的组成Table1Compositionofmodelgasolinesamples组分W／％环己烷正辛烷甲苯苯并噻吩54．037．88．0O．2实验中向模拟油加人一定量的吸附剂，在密封的具塞烧瓶中进行吸附．吸附饱和后过滤得到模拟油，取样进行硫含量测定．计算平衡吸附硫容与脱硫率，公式如下：口：(1)口=——I1)。m田：—m0-—me×100％(2)。mo其中：q为吸附剂的平衡吸附硫容，mg／g．P。为模拟汽油中硫的初始质量浓度，g／L；p为模拟汽油中硫的平衡质量浓度，g／L．为模拟汽油的体积，mL；为吸附剂的质量，g．m。为模拟汽油的初始硫含量，mg；m。为模拟汽油的平衡硫含量，mg．叼为脱硫率．1．4球形活性炭的再生将失活的吸附剂置于装有乙醇的超声波清洗器中超声处理30min，然后将其置于真空管式炉中，在氮气保护下，以5℃／min的速率升温至指定温度，焙烧1h，降至室温后取出，放人样品瓶中备用．1．5分析与表征硫含量分析：气相色谱(SP．3420，FPD检测器)．样品物相结构表征：x射线衍射仪(D8AD—VANCE)．样品表面形貌分析：扫描