【摘要】：作為一種可再生能源,沼氣目前已經(jīng)逐漸代替煤炭、石油、天然氣等非可再生能源。沼氣的主要成分包括甲烷(CH_4),以及一些雜質氣體如二氧化碳(CO_2)、硫化氫(H_2S)等。H_2S作為一種無色、有毒、有刺激性氣味的酸性氣體,在管道運輸過程中其存在極易導致輸送管道的腐蝕、并且在沼氣利用過程中很容易導致后續(xù)反應中催化劑中毒以及環(huán)境的污染,因此在沼氣利用前需要對氣體進行脫硫處理。本文合成了一系列金屬基功能化離子液體,并將其應用于脫除沼氣中的H_2S,具體內容如下:一、合成了Fe基功能化離子液體1.6Et_3NHCl-FeCl_3并通過物理浸漬法固載至活性炭表面制備出固載化Fe基功能型離子液體,記為1.6Et_3NHCl-FeCl_3-AC。對離子液體1.6Et_3NHCl-FeCl_3及1.6Et_3NHCl-FeCl_3-AC脫硫材料進行了FT-IR、SEM、N_2吸附-脫附等溫曲線、TGA等表征。通過固相脫硫系統(tǒng)對脫硫材料1.6Et_3NHCl-FeCl_3-AC從活性炭的來源、離子液體的固載量、脫硫溫度等方面進行了研究。結果表明,當活性炭來源為椰殼碳、離子液體負載量為20 wt%、脫硫溫度為20℃時,脫硫材料1.6Et_3NHCl-FeCl_3-AC具有最大精細脫硫硫容2.16 mg·g~(-1),此時對應的離子液體的脫硫能力為10.8 mg·g~(-1)。隨后利用空氣吹脫氧化再生的方法對吸附飽和的脫硫材料1.6Et_3NHCl-FeCl_3-AC_1進行了再生,再生后的脫硫材料首次吸附能力要優(yōu)于原材料。二、將離子液體1.6Et_3NHCl-FeCl_3分別固載至活性炭、硅膠、氧化鋁圓球及活性吸附樹脂四種多孔材料,分別記為1.6Et_3NHCl-FeCl_3-AC、1.6Et_3NHCl-FeCl_3-SG、1.6Et_3NHCl-FeCl_3-AOO、1.6Et_3NHCl-FeCl_3-ABS。通過固相脫硫系統(tǒng)對脫硫材料的固載材料、離子液體固載量、脫硫溫度及脫硫氣速等脫硫條件進行了優(yōu)化。結果表明,當脫硫材料為1.6Et_3NHCl-FeCl_3-SG、固載量為20 wt%、脫硫溫度為30℃時,1.6Et_3NHCl-FeCl_3-SG存在最大脫硫硫容7.2 mg·g~(-1),此時對應的離子液體的脫硫能力為36 mg·g~(-1)。XRD和UV-vis分析結果表明脫硫產(chǎn)物為硫單質。隨后利用空氣吹脫氧化再生的方法對吸附飽和的脫硫材料1.6Et_3NHCl-FeCl_3-SG進行了再生,再生后的脫硫材料仍可維持較高的脫硫能力。三、合成了新型Cu基功能化離子液體[Apmim]Cl-CuCl_2、[Bmim]Cl-CuCl_2、[Bmim]Cl-CuCl_2-Ch和Et_3NHCl-CuCl_2,并成功將這四種離子液體固載至硅基材料白炭黑上,分別記為[Apmim]Cl-CuCl_2-WB、[Bmim]Cl-CuCl_2-WB、[Bmim]Cl-CuCl_2-Ch-WB和Et_3NHCl-CuCl_2-WB。通過FT-IR、SEM、氮氣吸脫附的測定,證明離子液體已經(jīng)成功固載至白炭黑表面。通過固相脫硫系統(tǒng)對脫硫材料的離子液體類型、離子液體固載量、脫硫溫度及脫硫氣速等脫硫條件進行了優(yōu)化。結果表明,胺基脫硫材料Et_3NHCl-CuCl_2-WB的脫硫性能顯著優(yōu)于咪唑基脫硫材料[Bmim]Cl-CuCl_2-WB和[Bmim]Cl-CuCl_2-Ch-WB。Et_3NHCl-CuCl_2-WB的脫硫能力隨著負載量的增加而不斷增加,但是并不是理想狀態(tài)下的倍數(shù)增加,隨著溫度的增加脫硫能力先增加后降低,隨著氣速的增加脫硫突破時間降低,但是精細硫容先增加后降低。當離子液體負載量為10 wt%,脫硫溫度為30℃,氣體質量流量為150 mL?min~(-1),此時脫硫材料Et_3NHCl-CuCl_2-WB存在最大精細硫容12.90 mg·g~(-1),此時對應的離子液體硫容為64.5 mg·g~(-1),遠遠高于Fe基離子液體脫硫硫容。吸附飽和的Et_3NHCl-CuCl_2-WB脫硫劑通過高溫氧氣-冷卻-原始再生的方法再生4次后的負載的離子液體的精細脫硫硫容仍可以維持在55 mg·g~(-1)。四、合成了6種磷鉬雜多酸基離子液體[Bmim]_3PM-[Bmim]Ac、[Bmim]_3PM-[Bmim]BF_4、[Emim]_3PM-[Emim]Ac、[Emim]_3PM-[Emim]BF_4、[Hmim]_3PM-[Hmim]Ac和[Hmim]_3PM-[Hmim]BF_4,并通過液相脫硫體系對著6種離子液體的離子液體濃度、脫硫溫度等進行了脫硫性能的研究。實驗結果表明,當離子液體脫硫劑為[Hmim]_3PM-[Hmim]Ac、[Hmim]_3PM濃度為0.002 mol·L~(-1),脫硫溫度為室溫時,可達最高脫硫硫容9.95 g·L~(-1)。隨后對吸附飽和的[Hmim]_3PM-[Hmim]Ac進行了微波輔助-空氣再生發(fā)現(xiàn)該方法再生效果較好,再生5次后脫硫劑的硫容仍可高達7.11 g·L~(-1)。
【圖文】：

圖 3.1 脫硫系統(tǒng)氣體流程圖量計；3：氣體分析儀；4：管式爐；5：溫度控制置光譜（FT-IR）l3以及物理浸漬法制備成功的1.6Et3NHCl-Fe0 wt%）的傅里葉變換紅外光譜如圖 3.2 (a)和 3380 cm-1處的峰為 N-H 鍵特征峰，3136 cCl 之間氫鍵的特征峰，這說明 1.6Et3NHCl·Fe圖 3.2 (b)可以看出負載離子液體的椰殼活性征峰，不過在 3136 cm-1處 N-H 和 FeCl3中主要是因為在測量過程中，需要將樣品研磨小，被活性炭本身攜帶的基團的特征峰所遮

圖 3.4AC1和 1.6Et3NHCl-FeCl3-AC1的 SEM 微觀圖硫劑的熱重分析（TGA）了探究便于清楚的研究脫硫材料的物理性質，對脫硫材料進行了TGHCl-FeCl3-AC1(10 wt%)的 TGA 分析圖如圖 3.5 所示。從圖中可以HCl-FeCl3-AC1的失重主要分兩個環(huán)節(jié)：60-200℃左右的失重臺階主有的微量的物理結合水；200℃-600℃左右的失重臺階，主要失重HCl-FeCl3。通過熱重分析可知，脫硫實驗過程中，該脫硫劑可承受實驗條件。0 200 400 600 800859095100TG(%)Temperature (℃)
【學位授予單位】：齊魯工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O645.1;S216.4

【參考文獻】

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本文編號：2616300