变色硅胶吸附脱除模拟柴油中各种碱性氮化物

研究了变色硅胶吸附脱除氮含量为960.56μg/g模拟柴油中的碱性氮化物喹啉、苯胺和吡啶。比较了氧化铝、硅藻土、硅胶及变色硅胶对模拟柴油中喹啉的吸附脱除效果。采用XRD、低温N_2吸附-脱附和NH_3-TPD等方法对硅胶和变色硅胶进行了表征。考察了粒径、吸附温度、吸附时间、剂油质量比及共存芳香化合物(萘、苯或甲苯)对变色硅胶吸附脱除各种碱性氮化物的影响。变色硅胶吸附脱除碱性氮化物的顺序均为苯胺吡啶喹啉。吸附时间对三种氮化物的吸附脱除没有影响;吸附温度、变色硅胶粒径和共存芳香化合物对苯胺和吡啶的吸附脱除效果影响不大,对喹啉的吸附脱除效果影响较为明显;剂油质量比对三种氮化物的吸附脱除影响均较大,尤其是对喹啉影响最大。结果表明,变色硅胶吸附各种氮化物时Co能够与其中的N原子形成配位络合吸附。经焙烧再生,变色硅胶几乎完全恢复了对喹啉和吡啶的吸附脱除能力,并可多次再生,但变色硅胶再生后对苯胺的吸附能力损失较大。     

不同硅铝比ZSM-5的合成及其吸附脱除柴油中苯胺和吡啶的性能

合成了一系列不同硅铝比的ZSM-5分子筛,采用XRD、FT-IR、ICP、SEM、NH_3-TPD和N_2吸附-脱附等方法对其进行了表征,研究了不同硅铝比ZSM-5分子筛对模拟柴油中苯胺和吡啶的吸附脱除性能。结果表明,所合成的ZSM-5分子筛均具有典型MFI结构;与合成原料混合物中的硅铝比相比,实际硅铝比稍有降低。ZSM-5分子筛的酸量随硅铝比的增加而降低,硅铝比较小的ZSM-5(1)和ZSM-5(2)的吸附脱除苯胺或吡啶的效果明显优于其他样品,并且所有样品吸附脱除吡啶的效果均优于苯胺。ZSM-5(2)上苯胺和吡啶的吸附等温线符合Langmuir-Freundlich混合模型。     

Cr~(3+)改性NaY分子筛的吸附脱氮性能

对Cr~(3+)离子改性NaY分子筛的实验条件进行了研究,通过XRD、FT-IR、N_2吸附-脱附等方法对改性后的CrY分子筛进行表征,确定最佳改性条件为温度40℃,Cr~(3+)浓度0.5 mol/L,改性两次。FT-IR谱图表明,CrY分子筛波数1 147 cm~(-1)处峰明显消失,且波数1 024 cm~(-1)峰与标准的NaY分子筛相比发生了蓝移现象,可以判定Cr~(3+)交换到分子筛骨架上。考察了吸附时间和温度对CrY分子筛吸附脱除模拟燃料中喹啉的影响。结果表明,吸附温度对吸附影响不大,可在室温下进行。CrY对喹啉的吸附主要为化学吸附,且吸附类型为配位吸附和π络合吸附,最佳吸附时间为30 min,吸附等温线线性回归表明,CrY分子筛对喹啉吸附动力学模型为L型和F型混合吸附。     

NaY分子筛的改性及吸附脱氮性能

采用离子交换法用NH⁺₄、Zn²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺阳离子改性NaY分子筛,并利用XRD、FT-IR和低温N₂吸附-脱附等方法对改性的分子筛进行了表征。XRD 和FT-IR表征结果表明,改性后的分子筛骨架完好。Cr改性Y分子筛(CrY)的比表面积、孔体积及平均孔径均较小,但存在部分介孔。研究了改性分子筛对含喹啉模拟燃料的吸附脱氮,喹啉分子尺寸的模拟结果为0.711 6 nm×0.500 2 nm,说明其并不易进入Y型分子筛0.74 nm的微孔。吸附脱氮结果表明,CrY的脱氮效果最好,CuY和ZnY次之,NH₄Y效果最差,改性分子筛的吸附脱氮性能与金属离子的价态有关,同价金属离子改性后的分子筛,吸附时间对其影响趋势相同,且金属离子价态越高,改性分子筛的吸附脱氮性能越好。吸附温度对CrY和NH₄Y分子筛吸附脱除喹啉的影响不大,可在室温下使用,但高温有利于CuY和ZnY吸附脱氮。XRD表征结果表明,焙烧后CrY分子筛骨架已完全塌陷失去了绝大部分吸附脱氮性能。     

分子筛限域孔道中吡啶的吸附结构和能量

以吸附于ZSM-5孔道中的吡啶分子为例,利用量子化学理论方法考察了计算模型和密度泛函方法的选择对吡啶吸附结构和吸附能的影响,从而为准确计算分子筛限域孔道中客体分子吸附态结构和能量参数提供了依据.计算结果表明,吡啶吸附能随着所选用的分子筛的计算模型(从8T到128T)增大而增大,当选用的孔道结构能够将整个分子筛的孔道结构完全包括进来的时候(72T)达到收敛.与常规的密度泛函方法(B3LYP和M06-2X)相比较,考虑到色散作用校正的B97D泛函方法能够很好地处理分子筛体系中主客体间的长程相互作用和弱相互作用,计算得到的能量数据与实验结果符合得很好.     

苯并噻吩在酸改性NaY分子筛上的吸附

以NaY分子筛为母体,通过柠檬酸、磷酸改性分别得到吸附剂NaY-C和NaY-P.采用SEM、XRD、XRF、N₂物理吸附及NH₃-TPD表征可知,柠檬酸改性后得到的NaY-C吸附剂介孔表面积增加,分子筛骨架结构保持不变.同时,磷酸改性使得NaY分子筛表面弱酸量减少强酸量增加,改性后所得吸附剂NaY-P的强酸量大于NaY-C.吸附实验表明,NaY-C和NaY-P均可完全脱除模拟油品中的苯并噻吩,同时NaY-C吸附剂对0^#柴油的脱硫能力优于NaY-P吸附剂.再生实验中NaY-C和NaY-P吸附剂对模拟油品的脱硫率由第一次的100%分别下降至第6次的91.97%和85.96%.由此可知,柠檬酸改性NaY分子筛所得NaY-C吸附剂的脱硫能力优于NaY-P,原因是吸附剂上的介孔更易于发生吸附脱硫.     

杂原子介孔MCM-41分子筛的制备及其对含喹啉模拟柴油的吸附脱氮性能

制备了介孔MCM-41分子筛和三种杂原子(Zn、Ba和Ce)介孔MCM-41分子筛,通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、低温N_2吸附-脱附等手段对其进行表征,研究了几种介孔分子筛对氮含量为1732μg/g含喹啉模拟柴油的吸附脱氮性能。结果表明,所制备的几种分子筛均具有典型的介孔结构,且杂原子已进入到分子筛骨架中。利用Materials Studio软件构建介孔分子筛模型,模拟的XRD谱图与实验结果基本相符;进一步模拟了喹啉分子在杂原子介孔分子筛团簇上的吸附,计算了吸附能及被吸附分子和吸附中心的距离(d_((N-M)))。几种分子筛的吸附脱氮性能顺序依次为Zn-MCM-41 Ce-MCM-41 Ba-MCM-41 MCM-41;Zn-MCM-41的吸附性能最好,吸附能最大,吸附分子和吸附中心的距离d_((N-M))最小。吸附时间对杂原子介孔分子筛的吸附脱氮性能具有较大影响,而吸附温度的影响相对较小;Zn-MCM-41、Ba-MCM-41和Ce-MCM-41分子筛的最佳吸附时间分别为40、10和30 min,最佳吸附温度分别为40、30和40℃。     

苯在酸碱处理多级孔Y分子筛上的吸附及传质行为

利用H_4EDTA-NaOH共处理的方法制备了具有不同孔径分布的多级微-介孔NaY分子筛。运用XRD、N_2吸附、SEM、TEM对其结构进行了表征。采用频率响应(FR)和智能重量分析仪(IGA)技术研究了苯在改性后的多级孔NaY分子筛及微孔NaY分子筛上的吸附和传质性能。结果表明,适当的酸碱处理不会改变分子筛的晶体结构,但可调变NaY分子筛的精细结构;介孔的引入降低了分子在孔道中的扩散阻力,较大的孔径和较好的孔道贯通性有利于扩散和吸附中心的可接近性;对于微孔NaY分子筛,苯在分子筛上的吸附过程为其传质过程的速控步骤,对于酸碱处理的多级孔NaY分子筛,分子筛颗粒中微/介孔内的扩散过程及分子筛微-介孔孔道间的分子交换过程是传质过程的速控步骤。     

用CO_2吸附法分析分子筛的孔结构

以NaA,NaY和NaZSM-5分子筛为研究对象,以CO2为吸附质,通过吸附数据测定,研究分子筛材料微孔结构的吸附表征方法.计算了NaA、NaY和NaZSM-5分子筛的微孔孔容,其中基于D-A方程的微孔孔容值与文献值一致.根据CO2吸附数据分析了3种分子筛的孔径分布.发现对于含有球形孔结构的NaA,NaY分子筛和NaA+NaY混合物,HK(Horvath-Kawazoe)球形模型(HKsphere)能够很好地描述其孔径分布,而HK柱状模型(HKcylinder)能够很好地表征具有柱状孔道结构的NaZSM-5分子筛.单一的HK方法不能表征同时含有柱状孔和球形孔的NaA+NaZSM-5混合物,使用HKcylinder只能得到混合物材料中柱状孔的分布情况,而使用HKsphere只能得到球形孔的分布情况.     

用密度泛函理论研究NO在H-ZSM-5分子筛不同酸性位的吸附

利用密度泛函理论(DFT),基于7T簇模型,在B3LYP/6-31G(d,p)水平上研究了NO分子在H-ZSM-5分子筛孔道中α,β,γ酸性位的吸附.在计算过程中,首先对H-ZSM-5的α,β,γ酸性位进行优化计算,然后对NO分子η1-N和η1-O两种吸附模式的红外光谱和吸附能进行计算.计算结果表明,NO分子以η1-N模式吸附于H-ZSM-5分子筛酸性位上,不同酸性位对NO分子的吸附能力排序为:α酸性位>β酸性位>γ酸性位.此外,H-ZSM-5分子筛直型孔道更有利于NO分子的吸附和扩散,因而可更有效地促进NO分子催化分解反应的进行.     

模型氮化物对邻二甲苯催化裂化反应的影响

在固定床微反实验装置中考察了不同模型氮化物对邻二甲苯催化裂化反应的影响,N元素的添加量为4000μg/g,催化剂的活性组分为USY分子筛。结果表明,吡啶、喹啉导致邻二甲苯的转化率有所下降。吖啶对焦炭的贡献,与其在催化剂上的吸附有关;同时吖啶诱导邻二甲苯生成更多的焦炭,并伴随氢气的大量生成,使邻二甲苯的加氢饱和反应与开环裂化反应得到促进。与空白实验相比,添加吖啶后,邻二甲苯的转化率略有上升,干气、液化气的收率显著提高。     

原位傅里叶变换红外光谱研究Y型分子筛表面酸性对吸附有机分子的影响

采用吡啶原位吸附傅里叶变换红外(Py-FTIR)光谱对液相离子交换(LPIE)和固相离子交换(SSIE)法制备的CeY分子筛以及HY和NaY的酸性进行了测定. 在原位条件下采用单探针分子噻吩、环己烯和苯对其在分子筛上的吸附过程进行了研究; 以噻吩和环己烯、噻吩和苯组成的双探针分子对吸附过程中存在的竞争吸附、催化反应以及吸附机理进行了系统研究. 结果表明, HY和L-CeY 分子筛表面强Brönsted (B)酸性位可导致吸附在其表面的噻吩发生低聚反应以及吸附的环己烯产生二聚环己烯碳正离子. 低聚的噻吩和吸附的环己烯在分子筛上发生强的化学吸附, 进一步抑制和阻碍噻吩硫化物与分子筛吸附活性中心发生作用, 从而降低了吸附剂的选择性以及吸附硫化物的能力. 吸附剂表面Lewis (L)酸中心是吸附的主要活性中心, 大量弱的L 酸, 有利于噻吩吸附. 并且, S-CeY分子筛表面弱的L酸对吸附噻吩具有一定的选择性, 它受到环己烯的影响较小, NaY吸附剂对噻吩、环己烯和苯选择性较差, 它只与吸附质作用的先后有关.     

Y型分子筛中苯分子定域和流动性的蒙特卡罗模拟研究

用巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了NaY分子筛中苯的扩散性质。结果表明,在苯分子的扩散过程中,钠Y分子筛中存在两个不同的吸附位点。并且,通过高吸附值下这两个吸附位点附近苯分子粒子分布云图的分析,可以发现这两个吸附位点附近的苯分子具有不同的迁移特性,位点C附近的苯分子基本上是定域的,但位点W附近的苯分子则分散在一个相对较广的区域内,可以在超笼内从一个位点迁移到另一个位点。     

煤液化油中碱性氮化物的分析方法及分布研究

采用酸液萃取的方法从煤液化油中提取碱性氮化物,气相色谱-质谱联用(GC-MS)和氮化学发光检测器(GC/NCD)进行定性定量。从分析结果可见,碱性氮化物可以通过酸液萃取与油样达到较完全的分离。用GC-MS定性出全馏程煤液化油中含有38种碱性氮化物,主要为吡啶类、苯胺类以及喹啉类氮化物。用GC/NCD对18种全馏程煤液化油中的碱性氮化物定量分析,结果显示其占碱性氮化物总量的88.9%,其中吡啶类占碱性氮化物总量的24.48%,苯胺类占37.98%,喹啉类占26.48%。     

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%。     

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.     

CuNaY分子筛上汽油馏分中含硫组分的选择吸附及其红外光谱研究

本文从基础研究的角度出发,以红外光谱技术为主要研究手段,以噻吩为汽油馏分中含硫有机分子的模型化合物,首次给出了噻吩分子在吸附剂表面的吸附方式和吸附位,以及芳烃对噻吩吸附的影响等红外光谱信息.为避免吸附剂的强酸性可能引起的干扰,采用NaY分子筛为原料进行液相离子交换制备吸附剂.     

CuHY分子筛中铜离子的分布与吸附脱硫性能

采用等体积浸渍法制备具有不同Cu担载量的CuHY 分子筛吸附剂. 用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)和氨程序升温脱附(NH3-TPD)技术对分子筛吸附剂进行了表征, 并测定了CuHY 分子筛吸附剂在含二苯并噻吩(DBT)模拟柴油中的吸附脱硫性能; 通过多晶XRD确定了Cu2+在Cu8HY 分子筛笼内的结构与分布. 实验结果表明, 分子筛的骨架结构没有发生改变, 部分Cu2+进入Y型分子筛笼内, 分子筛样品强酸中心有所减少, 中强酸中心有所增加; 进入Y型分子筛笼内的Cu2+, 一部分处于β 笼的SI' 位, 另一部分位于分子筛超笼中的SIII位上, 并与笼内的水分子配位. 处于超笼中的SⅢ位Cu2+对模拟柴油中的DBT分子具有吸附作用, 是吸附脱硫的中心. 而当模拟柴油中存在萘时, 与DBT分子会产生竞争吸附.     

噻吩分子及其与异辛烷二元混合物在MCM-22分子筛中吸附的蒙特卡罗模拟

应用巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了噻吩分子以及噻吩与异辛烷混合物在MCM-22分子筛中的吸附和分布. 通过模拟获得了噻吩分子在MCM-22分子筛中不同温度(298、363 和393 K)下的吸附等温线和等量吸附热, 以及298 K时噻吩和异辛烷分子二元混合物在MCM-22分子筛中的吸附及分布情况. 结果表明, 吸附温度和吸附压力对噻吩分子在MCM-22分子筛吸附都有影响, 但等量吸附热受温度和吸附量影响较小. 对于二元混合物的吸附, 噻吩和异辛烷在分子筛中存在竞争吸附过程, 噻吩能够大量吸附在MCM-22分子的十元环和超笼中, 而异辛烷主要吸附在MCM-22分子筛的超笼系统, 从而可以将噻吩分子与异辛烷分子分离开来.     

Ce离子对苯在Y分子筛上吸附扩散行为的影响

采用液相离子交换法制备了不同稀土含量的Y型分子筛(HY、USY和NaY),研究了稀土铈(Ce)阳离子在Y型分子筛上吸附-脱附烃类分子(苯)过程中的作用机理与影响。通过X射线荧光光谱仪(XRF)、智能质量分析仪(IGA)、脱附指数的计算和巨正则蒙特卡罗模拟计算等多种表征计算方法,对引入稀土物种后,Y型分子筛对苯的饱和吸附量、吸附作用力、脱附热力学参数、苯在Y分子筛上的吸附势能分布及扩散行为等方面进行了研究。结果表明,Ce离子对苯在Y分子筛上脱附活化能的降低、吸附作用力的减弱以及吸附态由团聚态向分散态转变等方面具有显著影响,该作用构成了CeY分子筛催化剂在流化催化裂化(FCC)过程中能够优化轻质产品选择性的重要因素。