CuNaY分子筛的有效吸附位与其脱硫性能的关联性研究

以液相离子交换法制备了一系列不同Cu负载量的Cu Na Y分子筛;采用XRD及N2吸附-脱附表征分子筛的微观结构和织构性质,采用动态吸附法考察其对噻吩模拟油的吸附脱硫性能,结合NH_3-TPD和Py-FTIR方法对CuNaY分子筛的酸量和有效Cu~+物种进行定量分析,研究了CuNaY分子筛的表面酸性和铜物种形态结构对其吸附脱硫性能的影响机制。结果表明,通过改变铜负载量可有效调控改性Y分子筛的表面酸性以及铜物种化学形态;适量铜物种的引入可以最大限度的形成有效吸附位,从而获得最优吸附脱硫性能,而过量的Cu物种会在Y分子筛笼内形成多核铜物种结构,导致有效吸附位点的减少,影响其对噻吩的吸附能力。     

Cu(Ⅰ)Y分子筛表面酸性对其吸附脱硫性能的影响

用固相离子交换(SSIE)和液相离子交换(LPIE)法制备了不同离子交换度的Cu(Ⅰ)Y分子筛,采用吡啶吸附红外光谱(Py-IR)表征了分子筛的表面酸性,并用固定床吸附穿透实验评价了分子筛的吸附脱硫性能.结果表明,不同的离子交换法改性后,Cu(Ⅰ)Y分子筛仍然保持了完整的Y型分子筛结构.Cu+的交换量和表面酸性的分布显著地影响分子筛的吸附脱硫性能,固相离子交换后随离子交换度的增加,分子筛表面Br(o)nsted (B)酸逐渐转化为Lewis (L)酸,吸附性能增强.对不同离子交换法制备的Cu(Ⅰ)Y分子筛吸附脱硫性能与表面酸性关联后,发现分子筛表面B酸量减少,提高了分子筛的吸附脱硫活性.     

Cu(I)Y分子筛表面酸性对其吸附脱硫性能的影响

用固相离子交换(SSIE)和液相离子交换(LPIE)法制备了不同离子交换度的Cu(I)Y分子筛, 采用吡啶吸附红外光谱(Py-IR)表征了分子筛的表面酸性, 并用固定床吸附穿透实验评价了分子筛的吸附脱硫性能. 结果表明, 不同的离子交换法改性后, Cu(I)Y分子筛仍然保持了完整的Y型分子筛结构. Cu⁺的交换量和表面酸性的分布显著地影响分子筛的吸附脱硫性能, 固相离子交换后随离子交换度的增加, 分子筛表面Brönsted (B)酸逐渐转化为Lewis (L)酸, 吸附性能增强. 对不同离子交换法制备的Cu(I)Y分子筛吸附脱硫性能与表面酸性关联后, 发现分子筛表面B酸量减少, 提高了分子筛的吸附脱硫活性.     

改性Y型分子筛对FCC汽油脱硫性能的研究

采用液相离子交换法制备了Cu(I)Y、NiY、CeY分子筛,利用XRD、ICP/MS、N₂吸附脱附等技术对其物化性质进行了表征,使用固定床技术和色谱-硫化学发光检测(SCD)偶联技术系统考查了改性Y分子筛对FCC汽油的选择性吸附脱硫性能,着重探讨了FCC汽油选择性吸附脱硫过程中硫化物的脱除规律。结果表明,不同金属阳离子改性的Y分子筛对FCC汽油中不同硫化物选择性有所不同,对CeY分子筛:2-甲基-5-乙基噻吩<噻吩3硫醇< C₂噻吩<2或3-甲基噻吩<苯并噻吩<3,4-二甲基噻吩≈2,3,4-三甲基噻吩<四氢噻吩,而NiY与Cu(I)Y选择性相同:C₃硫醇<2-甲基-5-乙基噻吩2噻吩<2或3-甲基噻吩<噻吩<苯并噻吩<3,4-二甲基噻吩≈2,3,4-三甲基噻吩<四氢噻吩,改性Y分子筛对噻吩及小分子烷基取代噻吩类硫化物的选择性较差。     

Cu(Ⅰ)NH4Y吸附剂的制备及其乙烯/乙烷吸附分离性能

本研究采用液相离子交换法,用不同浓度的CuCl2对NH₄Y分子筛进行离子交换制得系列CuNH₄Y-x分子筛吸附剂,并通过固定床吸附穿透实验及一系列表征手段探究了Cu的价态和负载量对乙烯/乙烷吸附分离性能的影响。吸附穿透实验结果表明,Cu(Ⅰ)NH₄Y0.10的乙烯吸附量明显高于Cu(Ⅱ)NH₄Y0.10,且Cu(Ⅰ)NH₄Y系列吸附剂的乙烯吸附量随着Cu负载量的增加呈现先增加后减小的趋势。H₂-TPR和HRTEM表明,当Cu的负载量较低时,高度分散落位于Y分子筛超笼中的Cu(Ⅰ)物种是乙烯有效吸附位点。然而,当Cu的负载量较高时,部分Cu物种发生团聚,造成对乙烯吸附能力的减弱。DFT密度泛函理论计算表明相比于Cu(Ⅱ)NH₄Y吸附剂,乙烯更容易吸附在Cu(Ⅰ)NH₄Y吸附剂上。该研究结果可为乙烯分离用高效Cu离子改性分子筛吸附剂的开发提供重要理论依据与指导。     

烯烃对噻吩在介孔分子筛Al-MCM-41活性位物种上吸附脱硫机制的影响

采用后嫁接法制备了不同铝负载量的Al-MCM-41分子筛。运用XRD、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD、Py-FTIR等方法对分子筛进行物性表征,利用固定床评价其对噻吩的吸附性能。通过将分子筛吸附噻吩能力与分子筛的酸性质及织构性质进行关联,考察烯烃存在对Al-MCM-41活性位物种吸附脱硫机制的影响。结果表明,铝物种的引入即产生了B酸中心,也同时产生了两种类型的L酸中心L₁和L₂。引入低含量铝物种利于形成B酸中心和L₁型酸中心,引入高含量铝物种利于形成L₂型酸中心。其中,L₂型酸中心对噻吩的吸附效果最佳。烯烃和噻吩在B酸中心发生竞争吸附和催化转化反应,且催化转化反应占主导地位。L₂酸中心的存在促进了B酸中心上的催化转化反应,其所生成的大分子硫化物取代噻吩吸附在分子筛酸活性中心上提高了Al-MCM-41分子筛的饱和吸附硫容量。     

改性Ｙ型分子筛的吸附脱硫性能以及苯，萘对吸附的影响

采用离子交换法制备了经金属离子改性的Y型分子筛吸附剂, 并用XRF, XRD, XPS对吸附剂的化学组成, 晶相结构等进行了表征. 以含噻吩, 苯并噻吩的辛烷溶液为模型燃料考察了吸附剂的吸附脱硫性能以及苯, 萘对脱硫的影响. 结果表明, Cu(Ⅰ)Y, CuZnY具有较大的吸附容量, 而苯对苯并噻吩吸附脱除性能几乎没有影响, 但对噻吩的吸附性能影响较大, 萘对苯并噻吩和噻吩的脱除都有较大的抑制作用. 并由此推测, 吸附剂与苯并噻吩或萘的结合比噻吩或苯更紧密, 吸附的机理是π络合.     

催化裂化条件下噻吩与改性Y分子筛的作用机制

以HY、NiY和稀土离子改性的Y分子筛(REY)为研究对象,采用固定床装置评价噻吩模拟油催化裂化性能;运用气相色谱-氢火焰离子发光检测器(GC-FID)、气相色谱-硫化学发光检测器(GC-SCD)和原位红外光谱技术分析产物,关联分子筛的酸性,研究催化裂化条件下噻吩与改性Y分子筛的作用机制。实验结果表明,催化裂化条件下,噻吩与分子筛的作用机制差异主要取决于与B酸或L酸相关的非骨架铝物种或金属离子物种的存在形式。其中,NiY分子筛中,噻吩主要是吸附在与NiOH⁺物种相关的L酸中心,而Ni₄AlO₄³⁺等物种减弱B酸性中心从而降低其裂化性能。对HY来说,噻吩易在与AlO⁺等物种相邻的B酸中心上聚合形成三联噻吩,并发生一定的氢转移和裂化反应;而对REY而言,分子筛中与RE物种相关的L酸位会促进噻吩在与非骨架铝羟基等物种(如Al(OH)₂⁺、Al(OH)²⁺等)相邻的B酸中心形成的二联噻吩发生氢转移和裂化反应。     

不同载体的镍基氧化锌对噻吩的吸附脱除性能

采用混捏法制备了以金属氧化物、黏土及分子筛为载体的三类镍基氧化锌吸附剂,采用FT-IR等分析手段进行表征,探讨了其物化性能的差异,并利用微型固定床反应器考察了上述吸附剂对噻吩的吸附脱除性能。结果表明,不同吸附剂对噻吩的吸附效果不同,黏土载体的吸附剂脱硫性能高于金属氧化物载体的脱硫性能,吸附剂的脱硫活性顺序依次为cay-sorb>diatomite-sorb>Al-sorb>Ti-sorb。利用FT-IR对吸附剂的表面酸性进行了表征。结果表明,吸附剂的脱硫性能与其总L酸量有关,总L酸量高的吸附剂脱硫效果较好。分子筛载体吸附剂的脱硫活性顺序依次为MCM-22-sorb>HY-sorb≥Hβ-sorb>H-mordenite-sorb>HZSM-5-sorb。通过比较分子筛载体的孔道结构表明,分子筛载体孔径大小是影响吸附剂脱硫性能的主要因素。     

噻吩在稀土离子改性Y型分子筛上吸附与催化转化研究

以NaY、HY、液相Ce离子交换改性Y分子筛(L-CeY)和稀土离子改性超稳Y分子筛(HRSY-3)为研究对象,运用XRD、N₂吸附、NH₃-TPD和Py-FTIR表征样品的物化性能;采用原位红外光谱技术与程序升温脱附-同步质谱检测联用技术(TPD-MS)研究噻吩在活性中心上的吸附及催化转化行为.结果表明,稀土离子改性不改变分子筛晶体的基本结构但改变其精细结构,并形成一定的介孔,同时降低分子筛强酸位的强度,并生成与稀土离子物种有关的弱L酸位.REY与HY均可通过B酸中心的质子化作用活化噻吩,而稀土离子物种促进氢转移反应及低聚反应的进行,进而利于噻吩裂化反应的进行.     

CeY分子筛中有效脱硫物种活性位的构建及其吸附机理研究

以不同焙烧温度和Ce负载量的CeY分子筛为研究对象,运用XRD及N_2吸附表征其织构性质;运用吡啶吸附红外光谱法剖析了分子筛中活性位的化学属性;采用固定床评价其对噻吩模拟油的吸附脱硫性能及芳烃和烯烃对噻吩脱除的影响;并结合红外光谱和GC-SCD技术分析了其脱硫机制。结果表明,CeY样品经150℃焙烧后,其超笼中具备高含量的B酸和Ce羟基化物种活性位,两者协同增强了噻吩低聚反应能力,进而提高了其吸附穿透硫容量(18.45 mg (S)/g);而提升焙烧温度和Ce负载量会严重降低其有效活性位的数量,削弱了噻吩低聚反应能力,其吸附穿透硫容量显著减小(4.03 mg (S)/g)。当加入烯烃和芳烃后,CeY-12.3-150吸附剂对含低浓度(质量分数)1-己烯(1.0%)和苯(0.1%)的噻吩模拟油依旧保持较高吸附穿透硫容量;但随两者含量的持续增加,其硫容量急剧下降。其主要分别归因于噻吩烷基化反应的发生及“S-H”键的作用模式。     

NiY分子筛表面酸性影响其选择性吸附脱硫性能的机理研究

采用原位红外光谱技术,以噻吩、环己烯和苯为模型探针分子,分别考察单一烃分子在NiY分子筛上的吸附与反应行为以及噻吩与烯烃、芳烃间的竞争吸附和催化反应行为。单一探针分子吸附研究发现,NiY分子筛中与Ni物种相关的Lewis(L)酸位是噻吩的选择性吸附活性位;噻吩和环己烯在NiY分子筛中Brnsted(B)酸位上发生的质子化和低聚反应明显弱于HY分子筛。双探针分子竞争吸附研究发现,环己烯二聚体在NiY中强B酸位上的强化学吸附与噻吩存在显著的竞争吸附行为。另外,苯和噻吩在NiY上的竞争吸附现象在373K时明显减弱。由此,在选择性吸附脱硫过程中,减少吸附剂表面B酸中心可降低烯烃对噻吩的竞争吸附,另外适当提高吸附体系的温度可以有效避免芳烃对噻吩的竞争吸附。     

镧改性的CuHY分子筛中铜离子的分布及其对吸附脱硫性能的影响

在氮气气氛下采用等体积浸渍法制备了载Cu的HY和LaHY分子筛.用x射线衍射(XRD)、N2吸附、氨程序升温脱附和X射线光电子能谱对分子筛进行了表征.通过多晶XRD确定了Cu2+离子在Y型分子筛笼内的结构与分布,并测定了分子筛在含二苯并噻吩(DBT)的模拟柴油中的吸附脱硫性能.结果表明,前驱体CuCl2中的大部分Cu物种与HY和LaHY分子筛进行了离子交换.对于La3+改性的CuHY分子筛(CuLaHY),进入分子筛超笼中的Cu2+离子与骨架氧和水分子配位,牢固地定位于Y型分子筛超笼的SⅡ及SⅢ位;对于CuHY分子筛,超笼中的Cu2+离子只接近于SⅡ及SⅢ位.极少部分CuCl分子高度分散在分子筛笼内,没有定位.处于超笼中SⅡ及SⅢ位的Cu2+离子对模拟柴油中的DBT分子具有吸附作用,是吸附脱硫的活性中心.CuLaHY分子筛的吸附脱硫性能优于CuHY分子筛.当模拟柴油中含有萘时,萘与DBT分子会产生竞争吸附.     

Effects of toluene on thiophene adsorption over NaY and Ce(IV)Y zeolites

Zeolites NaY and Ce(IV)Y were employed as adsorbents to remove organic sulfur compounds from model gasoline(MG) solutions with and without toluene in static adsorption experiments at room temperature(RT) and atmospheric pressure.The adsorbents were characterized by XRD,XRF and pyridine infrared spectrum(IR).The adsorption experiments show that the desulfurization performance of Ce(IV)Y is much better than that of NaY.The sulfur removal over both NaY and Ce(IV)Y decreases with the increase of toluene concentration in MG,however,the decline tendency on Ce(IV)Y is smooth,and it is steep on NaY.FT-IR spectra of thiophene adsorption indicate that thiophene molecules are mainly adsorbed on NaY via π electron interaction,but on Ce(IV)Y,in addition to the π electron interaction,both Ce4+-S direct interaction and protonation of thiophene also play important roles.Toluene molecules are adsorbed on NaY also via π electron interaction.Although the amount of Brnsted acid sites is increased due to the introduction of Ce4+ ions into NaY zeolite,it is not found to influence the adsorption mode of toluene over Ce(IV)Y.Compared with NaY zeolite,the improved desulfurization performance over Ce(IV)Y for removing organic sulfur compounds from MG solution,especially those containing large amount of aromatics,may be ascribed to the direct Ce(IV)-S interaction,which is much resistant to the influence resulted from toluene adsorption.     

AgCeY分子筛吸附剂的制备及性能研究

以NaY分子筛为载体,通过液相离子交换法制备了经Ag、Ce双金属离子改性的AgCeY吸附剂,并利用UV-vis、XRD、BET、ICP、XPS和FT-IR技术对吸附剂进行了表征。以噻吩/苯并噻吩/正辛烷/甲苯体系为汽油模拟体系,考察了制备条件和吸附条件对吸附剂脱硫性能的影响以及吸附剂再生性能。结果表明,AgCeY吸附剂上Ag、Ce这两种金属元素分别以Ag⁺、Ce⁴⁺形式存在,AgCeY吸附剂具有类似于AgY的高的脱硫性能,又具有类似于CeY的高的吸附选择性,AgCeY对噻吩(TP)和苯并噻吩(BT)的吸附选择性顺序为BT > TP;最适宜的制备条件为先交换Ag后交换Ce离子、离子交换24 h、Ce/Ag物质的量比为2.5、500 ℃焙烧;在原料20 mL、AgCeY吸附剂用量0.2 g、吸附温度50 ℃、吸附时间60 min下,噻吩脱硫率可达到59.0%,苯并噻吩脱硫率达到96.5%。     

Computer simulation of the adsorption of thiophene in all-silica Y and Na-Y

A grand canonical ensemble Monte Carlo simulation is performed to investigate the adsorption, heat of adsorption, and distributions of thiophene in all-silica Y and Na-Y zeolites. Biased particle insertions and deletions were implemented to allow the computation of equilibrium adsorption isotherms of such molecules. The calculated number of absorbed thiophene molecules in these zeolites is in good agreement with the experimental data. The calculated results show that the number absorbed of thiophene molecules in Na-Y is much greater than that in all-silica Y over the range of pressure. The calculated heat of adsorption is in good agreement with experimental results. The Na-Y zeolite, rather than all-silica Y, preferentially adsorbs the thiophene. A distribution analysis of the adsorbed phase structure reveals a different adsorption site in the zeolites.     

The appearance of adsorption ability of modified zeolites for sodium dodecylsulfate from its aqueous solution

Hydrophobic faujasite-type zeolites were prepared by the treatment of hydrophilic Na-Y_4.6 with silicon tetrachloride (SiCl₄) by way of dealumination-silicon exchange reaction. Hydrophilic-hydrophobic characters of these zeolite surfaces were evaluated by measurements of immersional heats into water orn-hexane. Adsorption rates of sodium dodecylsulfate (SDoS) on these zeolites from its aqueous solution and their adsorption characteristics were investigated, and compared with those on ZSM-5 with various Si/Al ratios.The adsorption ability of SDoS into zeolite micropores developed on the zeolite only when it was modified to some extent. The adsorption rates of SDoS were very slow and proved to be affected by molecular diffusion in zeolite pores. They depended on hydrophilic-hydrophobic character of zeolites as well as on pore structures. Adsorption isotherms of SDoS were of Langmuir type, which indicates that the adsorption occurred typically into zeolite pores. Adsorbed amount of SDoS depended on the balance of hydrophilic-hydrophobic character and number of cation site of zeolite surfaces, and had a maximum in case of ZSM-5 zeolites.     

酸催化及竞争吸附对CeY分子筛吸附脱硫性能的影响

采用液相离子交换(LPIE)法制备了CeY分子筛,并研究烯烃和芳烃对其吸附脱硫性能的影响. 利用固定床穿透曲线技术研究吸附剂的脱硫性能,结果表明：烯烃和芳烃的存在均导致吸附剂吸附硫容量减少,然而,烯烃的影响明显强于芳烃. 采用原位傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术研究噻吩、环己烯和苯的吸附行为,结果发现：烯烃和芳烃降低吸附剂脱硫性能的实质分别为吸附剂表面酸性导致的酸催化反应和π-络合吸附的芳烃分子与硫化物分子的竞争吸附. 另外,烯烃的影响取决于吸附剂的表面酸性,尤其是强B酸(Brönsted 酸)中心.这是由于B酸中心会导致烯烃和噻吩发生质子化反应,且质子化物种易于进一步发生低聚反应. 生成的低聚物覆盖吸附活性中心导致吸附剂对其它噻吩分子的吸附能力降低.