【摘要】：在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中,化石燃料在許多國(guó)家能源領(lǐng)域的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用并且在世界范圍內(nèi)它們?nèi)匀活I(lǐng)先其他能源。從全球的角度來(lái)看,目前液體燃料被視為許多行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要的驅(qū)動(dòng)力,例如航空運(yùn)輸,海洋運(yùn)輸,鐵路和公路運(yùn)輸,工業(yè)生產(chǎn)流程等。當(dāng)然,這些液體燃料包含有毒的有機(jī)含硫化合物,這些化合物含硫量很高,高含硫量的液體燃料也嚴(yán)重威脅全球環(huán)境安全,這是因?yàn)榱虻娜紵龑?dǎo)致有毒的硫氧化物(SOx)逐漸釋放在大氣中,并進(jìn)一步形成酸雨污染環(huán)境或者在大城市生成很大的交通煙霧。在過(guò)去的幾十年里,已經(jīng)有很多研究者使用多孔材料、沸石、活性炭等用于液相脫硫?qū)嶒?yàn),目標(biāo)在于找到更好更合適的液體燃料脫硫技術(shù)。近年來(lái),己經(jīng)有研究表明在大氣壓力和環(huán)境溫度等比較溫和的條件下金屬有機(jī)框架(MOFs)用于液體燃料的吸附脫硫具有很好的性能。因此,從這個(gè)方面而言,液體燃料的吸附脫硫不僅操作簡(jiǎn)單,而且成本較低,為此找到合適的MOFs材料并應(yīng)用于吸附脫硫具有很大的潛力。在水熱或者溶劑熱條件下,使用銪和銅作為金屬離子中心,1,3,5-均苯三甲酸(H3BTC)作為有機(jī)配體合成了銪金屬有機(jī)框架(Eu-MOF)和Cu-BTC,并且對(duì)合成的MOFs使用X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外變換(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)等表征方法對(duì)MOFs材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。同時(shí),以噻吩/正辛烷溶液作為含硫模擬油,研究了合成的Eu-MOF和Cu-BTC的吸附脫硫性能。結(jié)果表明,在吸附劑的最佳脫硫條件下,即模擬油和吸附劑的質(zhì)量比是100:1,溫度為30 ℃的條件下,Cu-BTC和Eu-MOF的最大吸附脫硫能力分別為27.43mgS/gMOF和 24.59mgS/gMOF。為了提高和改善傳統(tǒng)的Cu-BTC的吸附脫硫性能,本文將Cu-BTC與γ-A1203、粘土(Clay)和活性炭(AC)等多孔載體材料復(fù)合,制備了金屬有機(jī)骨架(MOFs)和多孔載體結(jié)合的復(fù)合材料。如采用水溶劑熱方法分別合成了Cu-BTC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%,40%和 50%的 Cu-BTC/y-Al203、Cu-BTC/Clay和Cu-BTC/AC復(fù)合材料。新合成的復(fù)合材料使用先前的表征方法:X射線衍射(XRD)、傅里葉變換(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。表征結(jié)果表明,Cu-BTC多孔復(fù)合材料保持了典型金屬-有機(jī)骨架材料Cu-BTC的特征,同時(shí),Cu活性位點(diǎn)在載體上的高度分散性改善了 Cu-BTC復(fù)合材料的吸附脫硫性能。基于之前實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化結(jié)果,本文在溫和的條件下進(jìn)行反應(yīng),研究了MOFs復(fù)合材料的脫硫吸附性能,即對(duì)噻吩/正辛烷模擬油中噻吩的吸附脫除,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比其他的MOFs復(fù)合材料,Cu-BTC/γ-A1203復(fù)合材料有更好的吸附脫硫性能。這表明在Cu-BTC制備過(guò)程中加入載體,可以進(jìn)一步提高了催化劑從噻吩/正辛烷中吸附去除噻吩的吸附脫硫性能。在溫度為30℃的反應(yīng)條件下,模擬油/吸附劑比為100:1,脫硫6小時(shí)后,最大吸附率達(dá)到78%,對(duì)于40%Cu-BTC/y-A12O3催化劑的吸附容量為29.71 mgS/g。在同一脫硫條件下,40%Cu-BTC/Clay 和 50%Cu-BTC/AC 的吸附脫硫率分別達(dá)到76%和74%,40%Cu-BTC/Clay的吸附容量是28.95 mgS/g而 50%Cu-BTC/AC 達(dá)到 28.19 mgS/g。本文還研究了吸附脫硫性能較高的樣品的重復(fù)使用性和吸附動(dòng)力學(xué)行為。結(jié)果表明MOFs和MOFs復(fù)合材料在連續(xù)使用5次后,依然具有較高的脫硫吸附性能。從吸附動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果上看,擬一級(jí)和擬二級(jí)速率方程用來(lái)代表Eu-MOF,Cu-BTC和Cu-BTC多孔復(fù)合材料的吸附動(dòng)力學(xué)行為都具有很好的相關(guān)性。然而40%Cu-BTC/γ-A12O3的對(duì)于吸附噻吩行為更適合于擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33;O647.3

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本文編號(hào)：2765234