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《汽油脫硫用滲透蒸發(fā)膜的制備及其脫硫性能研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、汽油脫硫用滲透蒸發(fā)膜的制備及其脫硫性能研究李犇許丹張雄飛姜忠義天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072摘要：滲透蒸發(fā)是利用液體混合物中的各個(gè)不同組分在膜中吸附溶解和擴(kuò)散行為的差異實(shí)現(xiàn)分離的膜過程。作為一種新型、高效、綠色的膜分離技術(shù)，其在汽油深度脫硫方面具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。本研究選擇對汽油中的含硫組分具有良好吸附選擇性和吸附容量的分子篩類吸附劑作為填充劑，硅橡膠類高分子作為主要膜材料，制成高分子-無機(jī)雜化膜，探索優(yōu)化的制膜工藝；進(jìn)行汽油中含硫組分的脫除，研究過程的傳質(zhì)機(jī)理，探索優(yōu)化的膜分離工藝，為把膜技術(shù)用于油品脫硫過程奠定技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：滲透蒸發(fā)；雜化膜；汽油
2、；脫硫引言生產(chǎn)滿足環(huán)保要求的清潔燃料是全球煉油工業(yè)發(fā)展的趨勢，汽油中有機(jī)硫的排放和污染一直是人們關(guān)心的重大環(huán)境問題，廣泛開展汽油脫硫技術(shù)研究，降低硫含量，已成為煉油行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。滲透汽化脫硫法與現(xiàn)行的脫硫技術(shù)相比，具有投資小、運(yùn)行成本低、工藝流程簡單、操作靈活方便、脫硫后汽油辛烷值不會受到影響等優(yōu)點(diǎn)，可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景[1-2]。本研究選用正辛烷和噻吩的混合物做為模擬汽油，根據(jù)分離物系的特點(diǎn)，研究中選用聚二甲基硅氧烷(PDMS)為膜材料，其做為常用的膜材料已被廣泛用于膜分離。Hernandez-Maldonado和Yang
3、等通過分子軌道理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)CuY、AgY改性分子篩上的一價(jià)陽離子能夠分別和噻吩中的硫原子形成π-π絡(luò)合物，實(shí)驗(yàn)證明這種吸附劑是目前為止最好的吸附劑，具有可觀的吸附量和吸附選擇性。如果將此種吸附劑引入膜中，必2+須要求該吸附劑在滲透蒸發(fā)分離過程中保持穩(wěn)定。Ni離子具有穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu)和較高的荷/徑比，是理想的負(fù)載離子。因此本研究通過向PDMS膜中填充鎳離子交換的沸石分子篩，制備有機(jī)-無機(jī)雜化膜，并對PDMS-NiY膜的分離性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，以期為膜法脫硫提供一定的依據(jù)[3-9]。1實(shí)驗(yàn)材料和方法1.1材料聚二甲基硅氧烷PDMS(粘度5000Pa·
4、s，北京化工二廠生產(chǎn))；正硅酸乙酯(分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)；二月硅酸二丁基錫(北京化工二廠生產(chǎn))；正庚烷(分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)；正辛烷(分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)；噻吩(分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)；聚砜超濾膜(杭州水處理中心提供)。1.2膜的制備將PDMS、交聯(lián)劑正硅酸乙酯、催化劑二月桂酸二丁基錫以一定的比例一起放入正庚烷溶液中溶解，使之在室溫下形成均相的溶液，攪拌條件下將Ni-Y沸石顆粒加入已制備好的溶液中，超聲震蕩30min，過濾、靜置脫泡后將其澆鑄到PS超濾膜上。先將膜置于空氣中室溫硫化，再放入干燥箱進(jìn)行進(jìn)一步
5、的交聯(lián)并蒸發(fā)掉多余的溶劑。實(shí)驗(yàn)中沸石的填充量分別為0，5wt%，10wt%，15wt%，20wt%，相應(yīng)的膜分別標(biāo)記為PDMS，PDMS5，PDMS10，PDMS15，PDMS20。1.3滲透蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中以滲透通量和富集系數(shù)評價(jià)膜的分離性能，其中滲透通量定義如下：J=Q/At其中，Q為t時(shí)間內(nèi)收集到的液體的質(zhì)量，A為膜的有效面積。富集系數(shù)ki定義如下：PFki=ωi/ωiPF其中，ki代表i組分的富集系數(shù)，ωi和ωi分別表示i組分在原料液和透過液中的含量。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1膜的表征2.1.1熱重?zé)嶂胤治觯═GA）是通過對試樣質(zhì)量在恒速變溫下隨時(shí)間變化而
6、發(fā)生的改變量進(jìn)行測2+量的一種動態(tài)技術(shù)。圖1所示的是各種填充量的膜材料的熱重曲線。從中可以看出，NiY沸石具有很好的熱穩(wěn)定性。PDMS雜化膜的熱降解溫度較純PDMS膜有了明顯的提高，由圖可知，加入沸石后，PDMS膜的熱穩(wěn)定性提高。2.1.2X-射線衍射分析X-射線衍射（XRD）是獲得高分子形態(tài)信息的方法，可用于物質(zhì)識別、剖析，物相結(jié)構(gòu)鑒定，混合物的定量分析，結(jié)晶狀態(tài)的描述表征和晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)的測定。如圖2所示，硅橡膠膜主體為無定形態(tài)，但隨著沸石填充量的增加，Y型沸石的晶體衍射峰逐漸變強(qiáng)。110010010009008080070060600PDMSIntens
7、ity500402+zeoliteNiYPDMS20LossWeight,wt%purePDMS4002+PDMS-5wt%NiY300PDMS10202+PDMS-10wt%NiY2002+PDMS-20wt%NiYPDMS50100020040060080010203040Temp/Cel2?(?圖1PDMS雜化膜和NiY沸石熱重性能曲線圖2PDMS膜的X-射線衍射圖2+2.2NiY沸石填充量對膜分離性能的影響2+NiY沸石填充量對滲透蒸發(fā)膜分離性能的影響見圖3所示，當(dāng)操作溫度為313k，原料-1液（500ppm，以硫計(jì)）流速為40L·h時(shí)，滲透通量隨著
8、沸石填充量的增加而增加，富集系數(shù)先增加后減小，在沸石
