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活性炭去除燃料中的二苯并噻吩
文章作者:bc365网络部 更新时间:2019-4-11 15:38:49

  通常存在于液体燃料中的含硫化合物以有害的硫氧化物的方式释放到空气中,导致严重的环境净化成绩。为了消弭燃料中的含硫物质含量,曾经开发了各种脱硫方法。在这里,我们展现了一类新的活性炭材料,用于显着吸附二苯并噻吩(DBT)。并在各种实验条件下除去模型油中的DBT,包括在不同温度下获得的吸附剂,吸附剂的量,DBT初始浓度,再生方法以及干扰物质。

  活性炭的脱硫功能

  首先实验的测试方法是使用模型油(在十二烷中含有200ppmw DBT)使用仪器评估活性炭对二苯并噻吩的吸附容量。吸附容量(q)定义为每克吸附剂的mg DBT。实验表明活性炭的吸附容量在最后的5分钟内迅速添加,在最后的20分钟内几乎达到平衡,表明吸附过程很快发生。此外,我们发现活性炭对DBT都具有中等至优秀的吸附能力,而吸附功能取决于吸附剂的外形和组分。由于足够量的活性炭可以确保含硫化合物的充分吸附。然后,使用不同量的吸附剂来研讨活性炭对DBT的吸附效率与模型油中的时间的关系,如图1所示在DBT浓度恒定下,随着吸收剂量的进一步添加,脱硫效率添加并在吸附剂的量添加至30mg后达到平衡值,表明发生了DBT的充分吸附。可以容易地理解这种景象,即吸附剂表面积的添加导致可用吸附位点的添加。此外,与另外两种较低量的吸收剂相比,可以观察到30mg吸收剂的快速平衡时间,这意味着吸收剂的量更高,能够实现充分和快速的吸附。我们留意到即便接触时间添加,对于30mg吸附剂,可以观察到可忽略的进一步吸附效率加强。这是由于吸附位点彼此堆叠,这降低了DBT进入吸附剂吸附位点的通路,并导致扩散过程的困难。这些观察结果与以前研讨的吸附芳香族化合物的观察结果分歧。

  图1.不同量的活性炭[10mg(红线)20mg(黑线)30mg(蓝线)]对DBT的吸附效率。

  此外,进行了进一步的讨论以获得对吸附脱硫机制的深刻理解,由于各种要素影响吸附过程。可能影响吸附容量的最重要要素是上述吸附剂的高表面积和孔体积。考虑到一切吸附剂,吸附剂中高表面积的存在有助于DBT的吸附,导致更大的硫容量。在活性炭中观察到约4nm的微孔和10-40nm的中孔,构成微孔和中孔结构,有利于DBT的吸附和扩散,从而产生脱硫效率高。然而,我们发现随着煅烧温度的升高,DBT的吸附能力大幅度添加。

  DBT浓度对脱硫功能的影响

  鉴于高浓度提供更多接触位点并且通常导致高硫容量的理想,因此使用高原始浓度以在实验方面获得高吸附容量。为了处理这个成绩,我们研讨了当原始浓度范围为200至1000 ppmw DBT时活性炭的ADS功能,并发现活性炭对DBT的最大吸附容量在平衡形态下,随着DBT浓度从200添加到1000ppmw,这是由于原始阶段的高浓度通常会促使油相和固相之间的质量传递。然而,发现吸附效率随着原始DBT浓度的添加而降低,如图2所示。这种景象很容易理解,由于初始浓度低,能够有效获得吸附位点,DBT可以很容易地被吸附,而在较高的原始浓度下,整个吸附位点遭到限制,从而导致吸附不足和脱硫效率降低。

  图2.在不同硫初始浓度下活性炭对DBT的吸附容量。

  再生功能

  在吸附脱硫中使用的各种方法中,溶剂萃取和热处理被认为是常用的再生方法。在这项实验中,溶剂萃取和热处理都用于研讨活性炭的再生功能。关于溶剂萃取方法,在第一次吸附循环完成后,经过内部磁体收集活性炭,并经过添加甲醇作为萃取溶剂进行洗濯。然后,将活性炭干燥用于下一次运转。如在示出的图3,它被发现的活性炭可在前两次运转时经过溶剂洗濯轻松再生。这可能是由于物理吸附在吸附过程中占主导地位,并且由净化惹起的大多数失活吸附剂可以经过溶剂萃取方法在初始循环中再生。然而,在连续五次再生操作后,吸附剂与新颖吸附剂保持67%的初始脱硫效率(相当于20.22mg DBT/g)。随着循环次数的添加,活性更高的位点与DBT互相作用,并且后一次运转留下的活性位点更少,从而导致随后的再生运转中脱硫效率降低。为了进步活性炭吸附剂的再生效果,引入了热处理方法。经过溶剂萃取再生后,将获得的活性炭在氮气氛下在350℃下活化1小时来恢复活性。

  图3.使用溶剂萃取和热处理的活性炭再生能力。

  干扰实验

  通常,燃料中的芳族分子和含硫化合物妨碍吸附剂向目标分子的选择性吸附。因此,应详细研讨这些化合物的影响,以实现深度脱硫。由于芳香族分子自然存在于燃料中,所以在芳香族分子共存的情况下有效去除DBT是一个迫切的成绩。经过活性炭研讨了在四氢化萘存在下DBT的吸附去除。图4表明经过添加四氢萘的比例可以降低吸附容量,这可能是由于DBT和四氢萘在吸附过程中互相竞争。当四氢萘的百分比达到10%时,观察到DBT吸附容量从30.42下降到19.94mg DBT/g,当四氢萘的比例从10%添加到20%时,DBT吸附量下降绝对较慢。观察到19.94至13.25mg DBT/g。这种抗干扰景象优于报道的使用氮化硼作为吸附剂的结果,其中在干扰物质存在下DBT吸附功能降低了23%。在四氢化萘存在下降低的吸附容量可归因于四氢化萘易于与活性炭中的碳平面构成π-π互相作用。

  图4.在具有不同质量分数的四氢化萘存在下活性炭对DBT的吸附容量。

  总之,这款新的活性炭材料已成功制备并用于在平和条件下除去DBT。活性炭具有磁性,多孔结构和金属离子作为活性位点。孔隙结构经过物理吸附对DBT的吸附解吸作用有很大贡献,而金属离子作为活性位点,担任化学吸附。经过整合两种吸附过程的组合,获得了加强的吸附功能进步了脱硫率,并且获得了绝对高的DBT选择性,比其他常用吸附剂要更好用。此外,这款活性炭可以很容易地回收,经济实惠,可以经过磁铁进行回收,反复五次吸附不会有明显的吸附效率损失,大大简化了操作程序。经过整合所制备方法的经济和环境优点,易于制备程序和环境相容性的优点这款活性炭很适合实际使用。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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