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。     

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。     

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.     

NiY分子筛选择性吸附脱硫性能及作用机理

用液相离子交换法制备了NiY分子筛,并用XRD、TEM、ICP、N2吸附和吡啶吸附原位红外技术等表征手段对其进行了表征. 利用固定床、气相色谱-硫发光检测器（GC-SCD）及傅里叶红外光谱（FT-IR）等方法系统研究了NiY分子筛对噻吩、2-甲基噻吩、3-甲基噻吩、四氢噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、4-甲基二苯并噻吩、4,6-二甲基二苯并噻吩8种有机硫化物的选择性吸附脱硫性能和吸附机理. 结果表明,NiY分子筛对硫化物的穿透吸附硫容量顺序为四氢噻吩﹥苯并噻吩≈二苯并噻吩≈4,6-二甲基二苯并噻吩﹥4-甲基二苯并噻吩﹥2-甲基噻吩≈3-甲基噻吩﹥噻吩,说明有机硫化物的空间位阻效应不是其在NiY分子筛上吸附的决定因素. 红外结果表明,不同硫化物与NiY分子筛的作用机理并不相同,但主要以硫原子与金属离子配位作用（S-M作用）为主. 噻吩及其烷基取代物在NiY吸附剂上表面酸性作用下发生催化反应,噻吩环的共轭体系遭到破坏形成硫化物大分子或聚合物,导致分子筛孔道的堵塞,严重影响吸附剂的吸附脱硫能力. NiY的选择性吸附脱硫性能是硫化物与吸附中心的作用模式及吸附剂表面酸性综合作用的结果.     

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.     

Ti-USY吸附脱硫的性能及机理研究

采用浸渍法制备了Ti-USY分子筛催化剂,借助XRD、BET等技术对其进行了表征。通过固定床实验评价了催化剂对噻吩模拟油吸附脱硫性能,采用FT-IR、UV-Vis等光谱技术对Ti-USY与噻吩的作用机理进行研究。结果表明,噻吩在Ti-USY分子筛上表现为化学吸附(S-M配位键和π络合键),且在催化剂的表面酸性作用下发生催化反应,Ti-USY吸附脱除噻吩的反应是这二者共同作用的结果。     

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.     

稀土金属氧化物对Y分子筛吸附脱硫性能的影响

以Y分子筛为母体,采用浸渍法制备了Y₂O₃/Y、CeO₂/Y和La₂O₃/Y三种吸附剂.以脱除正辛烷中的苯并噻吩为探针反应,考察了稀土金属氧化物负载量、吸附温度、吸附时间和剂油比对吸附剂脱硫性能的影响.结果表明,稀土金属氧化物最佳负载量为5%(质量分数),所得吸附剂在50 ℃、1 h、剂油比1∶30条件下,脱硫率均达到60%以上.甲苯的存在明显降低了吸附剂的脱硫性能.稀土金属氧化物在吸附过程中发生流失,在相同的条件下,三种稀土金属氧化物中,Y₂O₃的流失量最小,而CeO₂的流失量最大,CeO₂的流失量是Y₂O₃的10倍.     

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.     

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。     

CuNaY分子筛的制备及其催化甲醇氧化羰基化

采用多种铜盐溶液与NaY分子筛离子交换制备了CuNaY催化剂,通过加入氨水提高溶液pH值以及高温活化,显著提高了该催化剂对甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的反应活性。不同的铜盐水溶液交换制备的CuNaY催化剂催化活性不同,添加氨水将溶液pH值调节为11后,离子交换制备的CuNaY催化剂的催化活性和DMC选择性明显升高且趋于一致。经元素分析、XRD、XPS和H₂-TPR表征可知,加入氨水可促进Cu²⁺离子交换的进行,提高CuNaY催化剂中Cu的交换量,催化剂中约75%的Cu²⁺定位于分子筛的超笼中。     

烯烃对CeY分子筛脱硫效果影响的红外光谱研究

研究了不同硫化物在CeY上吸附后的红外光谱,总结了吸附作用机理;以噻吩作为模拟油中的硫化物,根据红外光谱信息研究烯烃对CeY分子筛选择性吸附脱硫性能的影响。结果表明,不同硫化物与CeY分子筛的作用方式不尽相同,但都在分子筛表面发生催化反应;CeY分子筛阳离子和烯烃的双键发生了σ—π络合,从而跟与CeY存在SM作用的噻吩形成了竞争吸附。噻吩存在下,烯烃在CeY表面发生了更为严重的催化反应,生成了大分子聚合物,占据吸附剂活性位的同时堵塞了分子筛表面孔道,导致CeY分子筛的脱硫性能显著降低。     

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.     

Description of NaX zeolite deformation during adsorption of xenon

The equation describing the experimental data of NaX zeolite deformation during adsorption of xenon at pressures of 0.001–7 MPa and temperatures of 252–333 K was obtained on the basis of the generalized Lennard-Jones pair interaction potential. The temperature dependences of the constants in the equation were determined. Translated fromIzvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 10, pp. 1887–1890, October, 1999.     

Pervaporation performance of PDMS-NiY zeolite hybrid membranes in the desulfurization of gasoline

PDMS-Ni²⁺Y zeolite hybrid membranes were fabricated and used for the pervaporation removal of thiophene from model gasoline system. The structural morphology, mechanical stability, crystallinity, and free volume characteristics of the hybrid membranes were systematically investigated. Molecular dynamics simulation was employed to calculate the diffusion coefficients of small penetrants in the polymer matrix and the zeolite. The effect of Ni²⁺Y zeolite content on pervaporation performance was evaluated experimentally. With the increase of Ni²⁺Y zeolite content, the permeation flux increased continuously, while the enrichment factor first increased and then decreased possibly due to the occurrence of defective voids within organic–inorganic interface region. The PDMS membrane containing 5.0 wt% Ni²⁺Y zeolite exhibited the highest enrichment factor (4.84) with a permeation flux of 3.26 kg/(m² h) for 500 ppm sulfur in feed at 30 °C. The effects of operating conditions on the pervaporation performance were investigated in detail. It has been found that the interfacial morphology strongly influenced the separation performance of the hybrid membrane, and it was of great significance to rationally modify the interfacial region in order to improve the organic–inorganic compatibility.     

多孔微球镍锌复合型吸附剂反应吸附脱硫性能研究

考察了葡萄糖量对氧化锌微球形貌的影响,分别采用等体积浸渍法和水热法制备含Ni质量分数为5%的NiO/ZnO微球吸附剂,使用N2吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等手段对NiO/ZnO微球吸附剂进行结构和形貌分析,并研究了制备方法对NiO/ZnO微球吸附剂物化性质的影响,再将其经H2还原后制得Ni/ZnO微球吸附剂,在模型汽油中使用噻吩作为含硫化合物,通过固定床反应器进行反应吸附脱硫性能研究。实验表明,与等体积浸渍法制备的负载型NiO/ZnO微球吸附剂相比,水热法制备的复合型NiO-ZnO微球吸附剂的比表面积和孔体积分别高达(40.45 m~2/g)和(0.096 cm~3/g),还原后所得复合型Ni-ZnO微球吸附剂具有更好的脱硫活性,在吸附温度350℃、压力1.0 M Pa、进料液体积空速6 h-1及氢气与模拟油体积比为60的条件下,可以将模拟油中的硫质量含量从1.5×10~(-4)降至10-5以下。并且拥有很好的再生能力,经过多次再生后仍保持很高的脱硫率,具有潜在的工业应用价值。     

Deep desulfurization of FCC gasoline by selective adsorption over nanosized zeolite-based adsorbents

Deep desulfurization of FCC gasoline by selective absorption was performed on various ion-exchanged nanosized Y zeolites. It was found that the metal ion as well as calcination conditions have significant influence on the absorption performance. The highest S absorption capacity was obtained on a HCuCeY sample calcined in N₂ atmosphere.     

Equilibrium adsorption of an oxygen-nitrogen mixture on zeolite NaX

Dependences of the Helmholtz energy, entropy, and internal energy in single micropores on the total number of guest molecules and the oxygen to nitrogen ratio were found by analysis of experimental data on adsorption of the binary oxygen-nitrogen mixture on zeolite NaX using the statistical model. A substantially non-ideal character of the adsorption phase, which exhibits negative deviations from Raout's law, can result from heterogeneity of the adsorption field inside single cavities. Translated fromIzvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 6, pp. 1077–1082, June, 1999.