低温一步法活性炭基脱硫剂的制备与评价

以木屑为原料,在低温条件下一步法制得活性炭基吸附剂,考察了吸附剂制备条件和液-固、气-固吸附条件对吸附剂脱硫性能的影响。结果表明,吸附剂的最佳制备条件为,浸渍液与木屑质量比为1：1,浸渍液中硝酸质量分率为30%、吸附剂表面NiO负载量为5%,常温下浸渍24 h,400℃焙烧3 h。该吸附剂在0.2 g吸附剂/10 mL模拟油、温度为40℃及时间为5 h的液-固吸附脱硫的条件下,脱硫率为28.36%,吸附四次后饱和吸附硫容量可达2.34 mgS/g;在气-固吸附温度为250℃、空速为6.3 h^-1的条件下,饱和吸附硫容量为2.37 mgS/g;高温气-固吸附脱硫对吸附剂的影响表明,与脱硫前相比,吸附剂在比表面积、总孔体积、微孔体积均有明显提高,这说明气-固吸附脱硫过程同时实现了活性炭的扩孔活化。甲苯溶剂再生实验表明,经五次再生后吸附剂的再生性能均可达90%以上。     

NiO/ZnO-Al2O3吸附剂吸附脱除焦炉气中COS

采用浸渍法制备了NiO/ZnO-Al₂O₃吸附剂,在固定床装置上对模拟焦炉气中的COS进行吸附脱除,并采用XRD和压汞仪对吸附剂进行了表征。实验结果表明,吸附反应适宜的工艺条件为350 ℃、0.40 MPa、空速500~1 000 h^-1,在此条件下吸附剂可将焦炉气中的COS从320~450 mg/m³降低至0.5 mg/m³,烯烃的体积分数从2.3%~4.5%降为0,其他组分含量不变,吸附剂穿透硫容为17.18%。吸附剂的再生实验表明,吸附剂再生前后晶形、孔结构及硫容变化不大,吸附剂具有较好的再生性能。通过实验总结出脱硫过程为COS首先吸附在还原态Ni原子上,在Ni作用下COS中S-C断裂生成NiS,然后生成H₂S,H₂S与ZnO反应生成ZnS。     

空心球状氧化锌的制备及其脱硫性能研究

采用葡萄糖为模板剂,通过水热法合成了ZnO空心球,用等体积浸渍法在氧化锌空心球上负载金属Ni,制成脱硫催化剂。通过X射线衍射(XRD),N_2吸附-脱附(BET),扫描电镜(SEM)等方法对催化剂进行了表征;并以正庚烷-噻吩为模型化合物,考察了其脱硫性能。结果表明氧化锌空心球具有较大的比表面积和孔体积,有利于汽油中含硫化合物的扩散和吸附。在反应温度320℃、压力1.0 MPa、进料体积空速为6h~(-1)、氢气与模拟油体积比为60的条件下,脱硫率可高达95.5%,拥有很大的工业应用价值。     

多级结构NiO微球的构筑及对刚果红染料的吸附性能

无需加入模板和表面活性剂,采用简单的溶剂热法合成多级结构NiO微球前驱体,再经450℃热处理,得到多级结构NiO微球纳米材料。利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附等技术对制备的材料进行结构及形貌分析。结果表明,合成的NiO微球直径600～800 nm,构筑单元为厚度约40 nm的多孔纳米片。该NiO微球纳米材料对刚果红(CR)染料表现出优良的吸附性能:当NiO吸附剂用量0.25 g/L,刚果红(CR)染料的质量浓度15 mg/L时,吸附10 min即可达到吸附平衡,此后移除率稳定在98.6%～99.7%,最大吸附容量为387.1 mg/g。该吸附过程符合拟二级动力学方程和朗格缪尔(Langmuir)吸附等温模型。NiO微球具有三维立体的多级结构及大的比表面积和介孔结构,是一种高效的处理废水中有机染料的吸附剂。     

改性Y型分子筛对硫醇硫醚的吸附脱除研究

通过液相离子交换法制备了Cu(I)Y、Ni Y、Ce Y分子筛,以XRD、低温N2吸附-脱附、NH3-TPD、吡啶红外Py-FTIR等方法对其进行物性表征。利用固定床技术、WK-2D微库伦仪及硫化学发光检测GC-SCD色谱评价了改性分子筛对于硫含量300μg/g模拟油(含硫化合物二丙硫醚、环己硫醇和1-庚硫醇与壬烷配制)及HDS汽油的吸附脱硫性能。结果表明,吸附剂对模拟油和HDS燃料油品中硫醇硫醚具有吸附效果,且改性后的分子筛在吸附脱硫过程中,强的B酸对于吸附脱硫有负作用,会使油品中硫醇硫醚发生催化反应,聚合的大分子硫化物遮盖及阻塞吸附活性位点,从而使吸附剂不能够完全地吸附硫化物,造成吸附硫容较小,而弱L酸无催化活性对吸附脱硫有正面影响。     

π络合脱硫吸附剂Cu(Ⅰ)-Y的生物再生

吸附与生物技术的耦合是实现燃料油品清洁生产的新发展方向, 提出了一种吸附剂生物再生循环使用的新耦合方法, 首先用吸附剂吸附脱除油品中的含硫化合物, 然后用微生物脱附吸附剂表面吸附的硫化物, 实现吸附剂再生. 利用Y型分子筛通过离子交换再用He保护自动还原的方法制备了(络合吸附剂吸附Cu(Ⅰ)-Y, 以DBT为模型化合物考察了吸附剂的吸附性能. 以选择性脱硫菌德氏假单胞菌(Pseudomonas delafieldii)R-8为生物催化剂, 考察了细胞浓度、油相体积、水相/吸附剂比对吸附剂脱附率的影响. 加入油相可以大大提高DBT脱附量和生成2-HBP的量. 增加水相中脱硫菌R-8的浓度、增大水相/吸附剂比, 可以实现DBT脱附, 促进DBT转化为2-HBP. 在水相脱硫菌株R-8浓度为75 g·L-1、水相/吸附剂比为300 mL/g、油相/水相比1/3(V/V)的条件下, 脱附的DBT在6 h内转化率达到89%, 24 h内转化率为100%. 生成2-HBP的量主要由吸附剂吸附硫化物的量、水相中微生物细胞的浓度、油相/水相体积比、水相/吸附剂比决定. 吸附剂经过正辛烷洗涤、100℃下干燥24 h、He保护450℃还原活化3 h, 再生吸附剂的吸附能力为新鲜吸附剂的95%.     

Ni含量对负载型NiO/ZnO-TiO2吸附剂结构及吸附脱硫性能的影响

以ZnO-TiO₂为载体,采用等体积浸渍法制备了不同Ni含量的NiO/ZnO-TiO₂汽油脱硫吸附剂。采用X射线衍射（XRD）、压汞、H₂程序升温还原（H₂-TPR）和H₂程序升温脱附（H₂-TPD）等手段对吸附剂进行了表征。同时,采用FCC轻汽油为原料,在固定床反应装置中对不同Ni含量的NiO/ZnO-TiO₂吸附剂进行脱硫性能评价,以考察Ni含量对该吸附剂脱硫性能的影响。结果表明,Ni含量适量增加对于吸附剂比表面积、内部孔道分布和颗粒强度影响较小,同时能够增加具有脱硫活性的Ni⁰物种,促进吸附剂脱硫活性。当吸附剂中Ni质量分数达到5.48%后,吸附剂的内部孔道分布改变,吸附剂的比表面积和颗粒强度明显降低,对吸附剂脱硫活性极为不利。当Ni质量分数为4.45%时,吸附剂具有最佳脱硫性能,能够将FCC轻汽油中3×10^-4的总硫含量降低至5×10^-6以下,并维持脱硫时间达152 h,穿透硫容达11.24%（112.4 mg S/g吸附剂）,且脱硫后FCC轻汽油烯烃含量变化较小。     

π络合脱硫吸附剂Cu(I)-Y的生物再生

吸附与生物技术的耦合是实现燃料油品清洁生产的新发展方向,提出了一种吸附剂生物再生循环使用的新耦合方法,首先用吸附剂吸附脱除油品中的含硫化合物,然后用微生物脱附吸附剂表面吸附的硫化物,实现吸附剂再生.利用Y型分子筛通过离子交换再用He保护自动还原的方法制备了π络合吸附剂吸附Cu(I)-Y,以DBT为模型化合物考察了吸附剂的吸附性能.以选择性脱硫菌德氏假单胞菌(Pseudomonasdelafieldii)R-8为生物催化剂,考察了细胞浓度、油相体积、水相/吸附剂比对吸附剂脱附率的影响.加入油相可以大大提高DBT脱附量和生成2-HBP的量.增加水相中脱硫菌R-8的浓度、增大水相/吸附剂比,可以实现DBT脱附,促进DBT转化为2-HBP.在水相脱硫菌株R-8浓度为75g·L?1、水相/吸附剂比为300mL/g、油相/水相比1/3(V/V)的条件下,脱附的DBT在6h内转化率达到89%,24h内转化率为100%.生成2-HBP的量主要由吸附剂吸附硫化物的量、水相中微生物细胞的浓度、油相/水相体积比、水相/吸附剂比决定.吸附剂经过正辛烷洗涤、100℃下干燥24h、He保护450℃还原活化3h,再生吸附剂的吸附能力为新鲜吸附剂的95%.     

Mn/Al-SBA-15的制备及吸附脱硫性能

以嫁接法制备的Al-SBA-15为载体,醋酸锰为活性组分前驱体,通过浸渍法制备Mn/Al-SBA-15吸附剂。利用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、吡啶-原位傅里叶变换红外(Py-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对吸附剂进行分析,以模拟汽油中噻吩的脱除反应为模型反应考察了吸附剂的吸附性能,确定了吸附剂的最佳Al/Si物质的量比,并结合表征结果对吸附剂脱硫过程进行机理探讨,最后研究了吸附剂的再生性能。实验结果表明,当Al/Si(mol ratio)为1:45时,吸附剂脱硫性能最高;吸附剂主要通过酸碱作用吸附噻吩分子;Al的引入提高了吸附剂的结构稳定性,从而提高了吸附剂的再生性能。     

πp络合脱硫吸附剂Cu(I)-Y的生物再生

吸附与生物技术的耦合是实现燃料油品清洁生产的新发展方向, 提出了一种吸附剂生物再生循环使用的新耦合方法, 首先用吸附剂吸附脱除油品中的含硫化合物, 然后用微生物脱附吸附剂表面吸附的硫化物, 实现吸附剂再生. 利用Y型分子筛通过离子交换再用He保护自动还原的方法制备了π络合吸附剂吸附Cu(I)-Y, 以DBT为模型化合物考察了吸附剂的吸附性能. 以选择性脱硫菌德氏假单胞菌(Pseudomonas delafieldii)R-8为生物催化剂, 考察了细胞浓度、油相体积、水相/吸附剂比对吸附剂脱附率的影响. 加入油相可以大大提高DBT脱附量和生成2-HBP的量. 增加水相中脱硫菌R-8的浓度、增大水相/吸附剂比, 可以实现DBT脱附, 促进DBT转化为2-HBP. 在水相脱硫菌株R-8浓度为75 g·L^-1、水相/吸附剂比为300 mL/g、油相/水相比1/3(V/V)的条件下, 脱附的DBT在6 h内转化率达到89%, 24 h内转化率为100%. 生成2-HBP的量主要由吸附剂吸附硫化物的量、水相中微生物细胞的浓度、油相/水相体积比、水相/吸附剂比决定. 吸附剂经过正辛烷洗涤、100℃下干燥24 h、He保护450℃还原活化3 h, 再生吸附剂的吸附能力为新鲜吸附剂的95%.     

汽油活性炭基脱硫吸附剂的制备与评价

以250℃温度下浓硫酸改性后的活性炭为载体,采用浸渍法制备了以MnO₂为活性组分的活性炭基的汽油脱硫吸附剂MnO₂/AC,考察了吸附剂的制备条件及脱硫条件对脱硫效果的影响。研究结果表明,适宜的吸附剂制备条件为,以Mn(NO₃)₂为活性组分前驱物,Mn(NO)₂浸渍液浓度0.15mol/L、常温下浸渍24h、焙烧温度350℃、焙烧时间2h。该吸附剂在静态吸附温度120℃、吸附时间2h、剂油质量比0.10的条件下可使原料油硫的质量分数从628.6×10^-6降至221.5×10^-6,脱硫率达到64.8%;在动态吸附温度60℃、空速1.76h^-1的条件下,初始流出汽油硫的质量分数降至21.8×10^-6,初始脱硫率达到96.5%。     

分级多孔γ-Al2O3空心微球微波水热法制备及其对刚果红的快速吸附

以KAl(SO₄)₂和尿素为前驱体,通过微波水热法于180 ℃反应20 min,经600 ℃焙烧2 h制得分级多孔γ-Al₂O₃空心微球.所制备的样品被用于吸附典型有机染料刚果红(CR)溶液.结果表明,制备的γ-Al₂O₃空心微球直径为0.8-1.0 μm,厚度约为200 nm.此γ-Al₂O₃空心微球具有高的比表面积(243 m²·g^-1)和分级大孔-中孔结构,此结构非常有利于液相过程中的质量传递.微波水热法制备的γ-Al₂O₃空心微球比水热法制备的γ-Al₂O₃和商用的γ-Al₂O₃样品显示出更快和更强的吸附性能.此样品的吸附数据很好地符合假二级速率方程和Langmuir吸附理论模型.从Langmuir吸附理论模型计算得到微波水热法制备的γ-Al₂O₃空心微球的最大吸附量(q_max) 25 ℃时高达515.4 mg·g^-1.由于具有分等级结构、高比表面积、大的孔容和吸附能力,微波水热法制备的γ-Al₂O₃空心微球样品有望成为一种具有很好应用潜力的环境吸附剂.     

不同方法制备的介孔Ni/MgO催化剂上水蒸气重整苯酚制氢

利用浸渍法和水热共沉淀法两种方法,制备了介孔Ni/MgO催化剂,用于水蒸气重整生物质油模型物苯酚制取氢气;利用XRD、N2吸附/脱附、H2-TPR、TEM以及TG等手段对催化剂进行了表征。结果表明,以介孔MgO为载体,采用浸渍法制备的介孔NiO/MgO固溶体,具有较高的比表面积(60.6m2/g)以及较大的孔径(10.1nm)。与水热共沉淀法制备的催化剂相比,浸渍法制备的NiO/MgO前驱体经还原后的所得到介孔Ni/MgO催化剂Ni颗粒较小(5.0-6.0nm),分布均匀,具有较高的分散度(19.44%)。较大的比表面积能有效地促进活性金属颗粒的分散,而介孔有利于反应物和产物在催化剂孔道中的扩散。因此,该Ni/MgO催化剂在水蒸气重整苯酚制氢反应中具有较高的催化活性、稳定性和优异的抗积炭能力。     

Reactive adsorption of thiophene on Ni/ZnO adsorbent：Effect of ZnO textural structure on the desulfurization activity

To better understand the nature of reactive adsorption of thiophene on Ni/ZnO adsorbent, the effect of ZnO textural structure on the desulfurization activity was investigated. ZnO materials were synthesized by low-temperature solid-state reaction and the corresponding Ni/ZnO adsorbents were prepared by incipient impregnation method. The analysis results showed that the crystalline sizes of ZnO as-synthesized as well as the BET surface areas varied obviously with the calcination temperature. The activity evaluations indicated that the Ni/ZnO adsorbents prepared with ZnO possessed a favorable textural structure as active component exhibited good activity of removing thiophene. The evolutions of the main crystalline phases of Ni/ZnO adsorbents before and after reaction confirmed that ZnO played a crucial role in taking up S element and converting it into ZnS in the reactive adsorption process. It was concluded that ZnO with larger surface area and smaller crystal particles resulted in better desulfurization activity, which may be the main reason for the different activities of the Ni/ZnO adsorbents prepared with ZnO calcined at different temperatures.     

基于金属氧化物脱硫剂的天然气深度脱硫

确立了基于GC-MS和GC-SCD的天然气中超微量硫化物定性定量分析方法与条件,并分析了北京城市天然气中的硫化物。结果表明,天然气中含有三种硫化物,主要成分为四氢噻吩(THT),占总硫的94.2%。采用共沉淀法制备了ZnO/Al₂O₃脱硫剂,采用浸渍法制备了ZnO/γ-Al₂O₃、CuO/γ-Al₂O₃和CuO-ZnO/γ-Al₂O₃脱硫剂,并进行了天然气中THT深度脱除的实验研究。结果表明, 采用浸渍法制备的CuO/γ-Al₂O₃和CuO-ZnO/γ-Al₂O₃脱硫剂同时具有良好的低温活性和高温活性,可在50~500℃的宽温下将THT脱除至物质的量分数10×10^-9以下,从而能够满足以天然气为燃料的分布式质子交换膜燃料电池电站对脱硫深度和脱硫温宽的要求。     

B2O3对Ag/TiO2-Al2O3吸附剂的柴油吸附脱硫性能影响

采用浸渍法制备了不同B₂O₃负载量(e.g. 5%~20% (w))的Ag/TiO₂-B₂O₃-Al₂O₃吸附剂。以含硫量为245.36mg(S)/L 的商业柴油作为考察对象,常温常压下采用静态评价进行吸附脱硫性能研究。结果表明,B₂O₃改性后的Ag/TiO₂-Al₂O₃吸附剂的柴油吸附脱硫活性有了较大提高,当B₂O₃的负载量为15%时,吸附剂的吸附脱硫活性最高,2%Ag/4%TiO₂-15%B₂O₃-Al₂O₃ (w)的饱和吸附硫容达到2.36mg(S)/g 吸附剂。这对于未经预处理的商业柴油而言,吸附脱硫活性已经达到较高水平。采用N₂物理吸附、O₂化学吸附、X射线衍射(XRD)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、傅里叶红外光谱(FT-IR spectra)、¹¹B核磁共振(¹¹B-NMR)等表征手段对不同负载量B₂O₃改性Ag/TiO₂-Al₂O₃吸附剂的织构性质、晶相结构和表面酸性的影响进行研究。关联活性测试和表征结果发现,吸附剂的吸附脱硫活性主要与吸附剂的表面弱酸性有关,而B₂O₃改性在吸附剂表面引入了较多的四配位的BO₄物种,能显著增加吸附剂表面弱酸性位点数量,提高吸附剂的吸附脱硫活性。     

复合型镍锌纳米线脱硫剂的制备及其脱硫性能研究

采用水热法合成了复合型镍锌纳米线脱硫剂,考察了溶剂中水和乙醇的比例对复合型镍锌纳米线晶体结构和形貌的影响,通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等方法对脱硫剂进行了表征;以正庚烷-噻吩为模型化合物,在反应温度为350℃、压力1.0 MPa、进料的体积空速6 h^-1及氢油体积比为60的条件下,考察了复合型镍锌纳米线脱硫剂、负载型镍锌纳米线脱硫剂以及纯氧化锌纳米线脱硫剂的脱硫性能。结果表明,由于复合型镍锌纳米线脱硫剂具有良好的纳米线形貌,活性组分金属镍具有更好的分散性、更小的粒径,同时形成了有利于脱硫的NiZn合金,所以其脱硫性能明显高于负载型镍锌纳米线脱硫剂和纯氧化锌纳米线脱硫剂,达到98%;而且复合型镍锌纳米线脱硫剂经过五次再生后,其使用寿命仍能保持90 h,这说明复合型镍锌纳米线脱硫剂具有很好的再生性能。     

制备方法对MnOx鄄TiO2吸附剂脱汞及抗硫性能的影响

针对燃煤烟气中单质汞(Hg⁰)不溶于水很难去除和锰基吸附剂抗硫能力差的问题,以浸渍法、溶胶鄄凝胶法和沉积鄄沉淀法等三种方法制备MnO_x 鄄TiO₂ 为吸附剂,在固定床实验台架上考察了制备方法对MnO_x 鄄TiO₂ 吸附剂Hg⁰ 吸附量和抗硫性能的影响;利用N₂ 吸附/ 脱附、TG鄄DSC、XRD、TEM、H2鄄TPR 和XPS 等手段对吸附剂进行表征。结果表明,制备方法对MnO_x 鄄TiO₂ 吸附剂的脱汞活性影响颇大;沉积鄄沉淀法制备的MnO_x 鄄TiO₂ 吸附剂具有较高的Hg0 吸附量和抗硫能力。吸附剂的BET 比表面积高低与其脱汞活性无直接相关性;与浸渍法和溶胶鄄凝胶法相比,沉积鄄沉淀法制备的MnO_x 鄄TiO₂ 吸附剂不但可以增强其还原性和MnO_x分散度,而且还会显著提高吸附剂表面Mn⁴⁺/Mn 的比率和表面化学吸附态氧含量,进而增强吸附剂的脱汞活性和抗硫性能。