金属有机框架材料MOF-101的制备、改性及吸附脱硫性能研究

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近年来燃料油含硫量的标准越来越严格,因此对燃油制品中痕量有机硫化物的脱除具有十分重要的意义。吸附法脱硫由于操作条件温和,能耗低,副反应少,对噻吩类化合物的选择性高,已经成为一种新型脱硫方法。本文将MOFs材料作为吸附剂,应用于模型油中噻吩和二苯并噻吩的吸附脱除。本文合成了以Cu2+为中心离子,2-溴对苯二甲酸为配体的金属有机框架材料MOF-101,并通过引入Al2O3载体和负载Ag+纳米粒子两种方法对MOF-101进行改性,得到MOF-101@Al2O3和Ag+/MOF-101两种复合材料,并应用于对模型油中含硫化合物的吸附脱除。采用XRD、FTIR、XRF、SEM、TEM、TGA、N2吸附-脱附测试,对MOF-101、MOF-101@Al2O3和Ag+/MOF-101复合材料的组成、结构和形貌特征做出表征。首先,以制得的MOF-101和MOF-101@Al2O3复合材料作为吸附剂,以噻吩和二苯并噻吩(DBT)为目标吸附物,考察了吸附时间、MOF-101负载量、吸附温度、模型油/吸附剂质量比对MOF-101@Al2O3复合材料最大吸附容量的影响,以及Al2O3载体的引入对复合材料吸附容量和可重复使用性的影响。结果表明,在MOF-101@Al2O3复合材料中,MOF-101为硫化物提供活性吸附位点,Al2O3载体的引入在一定程度上稳固了MOF-101的晶体结构,减少了吸附剂在使用过程中的损耗,增强了吸附剂的可重复使用性。其次,以制得的MOF-101和Ag+/MOF-101复合材料作为吸附剂,噻吩、DBT和甲苯为目标吸附物,测试了复合材料在芳香烃/噻吩类硫化物的竞争吸附体系中对不同吸附质的吸附容量,以及在低硫浓度模型油中对痕量噻吩和DBT的吸附效果。结果表明,Ag+通过与含硫化合物中S原子之间的相互作用,提高了使复合材料对含硫化合物的选择性,增强了对痕量含硫化合物的吸附效果。最后,对MOF-101、MOF-101@Al2O3和Ag+/MOF-101在模型油中对噻吩和DBT的吸附过程进行了动力学研究。结果表明,该吸附过程符合准二级动力学模型,拟合系数均在0.99以上;根据Langmuir模型计算得到的最大吸附容量与实验值基本符合;MOF-101对噻吩和DBT的吸附过程是自发进行的。
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