磁性纳米吸附剂的制备及其在燃料油深度净化中的应用

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运输燃料是石化行业的主要产品之一。由于石油质量的下降,运输燃料中的硫、氮元素含量日趋增高,燃烧后产生的硫、氮化合物严重危害着人们的身体健康。传统的加氢脱硫、加氢脱氮技术虽然能非常有效地脱除硫、氮化合物,但是由于操作条件和设备的限制,无法实现燃料油的深度净化,并且会造成辛烷值的损失。相对于加氢技术,吸附法作为一种便捷、高效的分离方法用于燃料油的深度净化成为了一种理想的选择。吸附分离过程在常温常压下进行,改进的吸附剂可以用于深度脱除噻吩类硫化物和氮化物,是一种非常适合工业化的方法。吸附法不需要加氢,节约了能源,减少了操作步骤,投资成本大大降低。本论文的主要目的是制备出具有磁响应的吸附剂并用于燃料油的深度净化,简化液相反应中吸附剂的分离与回收过程。  π络合吸附是一种非常有效的、选择性净化燃料油的方法。首先制备出高分散性的磁性Fe3O4纳米球,然后在其表面包覆多孔SiO2,形成核壳结构的纳米微球。除去模板剂后,在多孔SiO2的孔道内负载AgNO3活性物种,在Ar气氛中分散活化。SiO2外壳具有高度开放垂直的线性孔道结构,高比表面积(694m2g-1)和规整的孔径(2.3nm),有利于AgNO3的引入,这样一来AgNO3就可以均匀地分散在SiO2孔道内,并且充分接触到吸附质分子。实验结果表明,吸附剂在脱除典型芳香环硫化物(噻吩)的过程中,表现出较好的活性,常温常压下就可以发生π络合吸附。更重要的是,磁性材料的超顺磁性使得吸附剂可以在外界磁场的作用下,数秒内从吸附系统中被方便地分离。吸附完成后,通过异辛烷的洗涤和之后的Ar气氛热分散,吸附剂可以实现再生,六次再生后吸附剂表现出良好的吸附量(0.145mmolg-1),与初始饱和吸附量(0.147mmolg-1)相当。这种磁响应的π络合吸附剂为燃料油的深度净化提供了另一种选择。  多孔碳作为一种多孔材料常被人们用于吸附分离领域。它是由间苯二酚和甲醛(RF)通过溶胶-凝胶法聚合。将RF多孔碳与Fe3O4结合制备出具有规整形貌的核壳结构纳米微球吸附剂是非常有意义的工作。RF多孔碳的碳层厚度可调节,并且吸附剂产率很高。间苯二酚与甲醛都是较为廉价的前驱体,非常适合工业化生产,而且多孔碳外壳具有多分散性孔道结构和规整的孔径分布。比表面积和孔径分别为264m2g-1和0.73nm。吸附剂对噻吩类硫化物以及喹啉等氮化物表现出良好的吸附性能,设计出的磁性多功能微球可以从液相中吸附噻吩(0.483mmolg-1)、苯并噻吩(0.476mmolg-1)、吲哚(0.463mmolg-1)和喹啉(0.297mmolg-1)。更为重要的是,在外界磁场的作用下,吸附剂可以方便地从液相中分离出来,并且六次循环使用后吸附活性没有下降。
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