活性炭多環(huán)芳烴的吸附實(shí)驗(yàn)
為什么很多柴油等礦物燃料都需要活性炭來(lái)脫硫，因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)實(shí)行嚴(yán)格的法規(guī)來(lái)規(guī)范運(yùn)輸燃料的硫含量。柴油機(jī)的新規(guī)定將S級(jí)別從約400-500ppm(重量基準(zhǔn)百萬(wàn)分之一)降低到10-15ppm S.近零硫(NZS)柴油15ppm或更低的柴油燃料允許先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣凈化裝置有效減少排放和去除顆粒物。由于脫硫過(guò)程中的額外要求，石油煉廠的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)性越來(lái)越受到關(guān)注。
盡管可以很容易地用于生產(chǎn)超低硫柴油(ULSD)，但替代的脫硫技術(shù)如氧化脫硫(ODS)，有機(jī)硫化合物對(duì)各種吸附劑的選擇性吸附 得到廣泛的探索和開(kāi)發(fā)。
最近，活性炭已經(jīng)被認(rèn)可并被廣泛用作氣相和液相吸附劑中用于去除有機(jī)硫化合物的吸附劑，主要是由于活性炭擁有非常高的表面積，較大的孔體積和可調(diào)的表面性質(zhì)。然而，選擇性吸附技術(shù)對(duì)脫硫的競(jìng)爭(zhēng)力可能受到多環(huán)芳烴(PAHs)的競(jìng)爭(zhēng)性吸附的強(qiáng)烈影響。在這一貢獻(xiàn)中，我們報(bào)告了多環(huán)芳香族硫雜環(huán)和多環(huán)芳烴在活性炭上的吸附比較研究。
活性炭脫硫試驗(yàn)
本研究中使用的所有活性炭都是從不同的前體材料獲得的活性炭，包括礦物材質(zhì)和纖維材質(zhì)為原料的活性炭。使用BET和FTIR表征吸附前后的樣品。使用XRF和總S分析儀(Mitsubishi Chemical Co. TS-100)進(jìn)行硫分析。動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)在固定床吸附系統(tǒng)中進(jìn)行，其允許以規(guī)則的時(shí)間間隔自動(dòng)收集樣品。此外，還進(jìn)行了批次吸附實(shí)驗(yàn)。
得到的活性炭參數(shù)
在批量和流動(dòng)吸附模式下進(jìn)行柴油機(jī)以及含有芳烴和硫化合物的模型柴油機(jī)在幾種活性炭上的吸附。吸附結(jié)果表明，吸附能力強(qiáng)烈依賴于活性炭的性質(zhì)。
為了更好地了解吸附機(jī)理，進(jìn)行了PASHs和PAHs的朗格繆爾吸附等溫線。從等溫線，估計(jì)參數(shù)(K L * q m)，其中K L表示吸附平衡常數(shù)，q m表示最大吸附容量。參數(shù)(K L * q m)是與吸附強(qiáng)度相關(guān)的特征常數(shù)，反映了每種吸附物對(duì)吸附劑的親和力。圖中總結(jié)了幾種模型化合物獲得的結(jié)果。
吸附結(jié)果表明，具有多環(huán)芳族骨架結(jié)構(gòu)的分子的吸附親和力主要受芳環(huán)與活性炭的圖形結(jié)構(gòu)之間的π-π分散相互作用的控制。此外，電子給體 - 受體機(jī)理也對(duì)含有硫原子的分子起重要作用。此外，為了有效吸附大分子，不僅吸附劑的孔徑至少應(yīng)大于被吸附物的臨界直徑，而且孔徑分布應(yīng)足夠?qū)捯越档臀竭^(guò)程中的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)阻力處理。根據(jù)這項(xiàng)研究，它可以得出結(jié)論，幾個(gè)吸附增加的順序吸附選擇性萘<芴< 二苯并噻吩<二甲基二苯并噻吩<蒽<菲。主要由于結(jié)構(gòu)，分子直徑和吸附機(jī)理的相似性，PASHs與多環(huán)芳烴之間的競(jìng)爭(zhēng)性吸附作用導(dǎo)致PAHs的吸附量顯著降低。
本文作者：董帝豪
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