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《試析乙烯-乙烷分離用π絡合吸附劑的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、南京工業(yè)大學博士學位論文乙烯-乙烷分離用π絡合吸附劑的研究姓名：周玉梅申請學位級別：博士專業(yè)：化學工程指導教師：姚虎卿;劉曉勤20060401博士學位論文摘要烯烴－烷烴的分離是石油化工行業(yè)中重要的分離過程，其中以分離乙烯－乙烷最具代表性。在烯烴廠，一直以來使用低溫精餾方法分離乙烯－乙烷。盡管精餾是一種非常成熟的工藝，但能耗巨大，研究人員一直致力于尋求一種高效、節(jié)能、低成本的方法以取代低溫精餾。π絡合吸附分離作為一種介于物理吸附和化學吸附之間的新型吸附分離技術(shù)，引起了科學研究者的廣泛關(guān)注，其關(guān)鍵是開發(fā)具有高選擇性的π絡合吸附劑。本文在課題組前期工作的基礎(chǔ)上，借助現(xiàn)代分析方
2、法，對乙烯－乙烷分離用π絡合吸附劑的吸附機理、載體改性、組成優(yōu)化、稀土添加影響以及新材料開發(fā)等作了一些新的探索。具體的研究內(nèi)容可歸納如下：通過分子軌道計算對CuCl絡合吸附C2H4的行為進行了分子模擬研究，并在計算過程中考慮了載體活性炭的影響因素，確定了活性炭上CuCl與C2H4作用的微觀吸附結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：CuCl在活性炭上的負載對位置有明顯的選擇性，CuCl以銅端選擇吸附在活性炭表面的頂位和橋位上，頂位吸附最強。C2H4與Cu(I)發(fā)生絡合作用時形成對稱的三元環(huán)結(jié)構(gòu)，一個CuCl分子至多只能吸附一個C2H4分子。吸附能與鍵長的計算結(jié)果顯示，由于載體炭的作用明顯削弱了
3、Cu(I)與C2H4之間的絡合反應強度。通過對載體活性炭的改性及CuCl負載量的優(yōu)化研究，制備出了選擇性吸附乙烯的載銅活性炭吸附劑，并對所制吸附劑進行了一系列的表征分析，考察CuCl在活性炭表面分散的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，絡合吸附劑NAC無法有效地用于C2H4-C2H6體系的分離，其主要原因在于乙烷在活性炭上較強的物理吸附會影響到絡合吸附劑對乙烯的吸附選擇性；其次，乙烯的絡合吸附量偏低也影響了吸附劑的分離效果?；钚蕴可螩uCl的分散能力越強，吸附劑對乙烯－乙烷的分離效果越好。增大活性炭的比表面積和表面含氧官能團的數(shù)量，都將有利于CuCl在活性炭表面的分散。對活性炭的改性研
4、究結(jié)果表明，雙氧水改性和氫氟酸改性皆可使載銅活性炭吸附劑對乙烯－乙烷的分離性能有很大的改進，但雙氧水改性的效果更明顯；且雙氧水處理時的反應條件溫和，不產(chǎn)生附加污染物，其操作易于I摘要在工業(yè)上實現(xiàn)，因此選用雙氧水改性炭作為乙烯絡合吸附劑的載體較合適。對CuCl負載量的優(yōu)化研究結(jié)果表明，CuCl的負載量在分散閾值附近時，吸附劑對乙烯的吸附量發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，顯示出閾值效應。綜合考慮乙烯吸附選擇性和吸附容量，將CuCl的合適負載量確定在0.7g/gAC，此時吸附劑對乙烯的平衡吸附選擇性為5.5，對乙烯的吸附量為2.48mmol/g（273.15K）。等量吸附熱的測定結(jié)果表明，所開
5、發(fā)的載銅活性炭吸附劑的熱效應較低，可以僅靠降低壓力使吸附劑獲得再生，具有可變壓再生的優(yōu)勢。BET及PSD結(jié)果表明，活性炭負載CuCl時，活性炭中較小的微孔孔道容易被CuCl堵塞致使有效利用面積大為降低，可能是導致活性炭載體上CuCl分散閾值較低的主要原因。XRD及TG-DSC的分析結(jié)果表明，使用活性炭作為載體時，由于活性炭本身具有良好的還原特性，可實現(xiàn)Cu(II)到Cu(I)的自還原，因而不需要再使用其它的還原性氣體，這是活性炭作為載體所具有的一個很大優(yōu)勢。XPS及H2-TPR分析結(jié)果表明，分散在活性炭表面的CuCl以兩種不同的形態(tài)存在，一種是與活性炭上的含氧官能團發(fā)生
6、作用的Cu(I)，活性相對較強，一種是與炭發(fā)生作用的Cu(I)。在對載銅活性炭吸附劑研究的基礎(chǔ)上，考察了添加稀土鑭助劑對吸附分離乙烯－乙烷的影響，并對稀土作用的機理進行了初步探討。結(jié)果表明，稀土鑭助劑的添加可提高載銅活性炭吸附劑對于乙烯－乙烷的分離性能，其中稀土鑭的硝酸鹽、氯化鹽和氧化物三種形態(tài)中以氯化鑭的添加效果最佳。在已優(yōu)化配比的載銅活性炭吸附劑中，合適的LaCl3添加量在11.2%(wt.)附近，此時可使乙烯的選擇性提高到原來的兩倍以上，稀土的加入將更加有利于變壓吸附操作。添加適量的氯化鑭可在一定程度上增加吸附劑的比表面積和孔體積；并且氯化鑭助劑能有效地改善CuC
7、l在載體活性炭表面的分散狀態(tài)，使得分散的CuCl粒子得以細化，分散得更均勻。稀土鑭高度分散于未被活性組分CuCl利用的活性炭表面，極大抑制了載體活性炭對乙烷的物理吸附，這是添加稀土鑭助劑可提高乙烯－乙烷分離性能的主要原因。此外，本文還考察了新型有序介孔材料SBA-15以及以SBA-15為模板劑制備的介孔炭分子篩C-SBA15作為π絡合吸附劑載體分離烯烴－烷烴的可行性，以期擴大新型有序介孔材料的應用領(lǐng)域，拓寬π絡合吸附劑載體材料的研究體系。結(jié)果表明，以SBA-15為載體制備的CuCl/SBA-15吸附劑，不能有效地用于烯烴－烷烴的分離，主要
