Adsorptive desulfurization of liquid fuels by using metaL-organic-frameworks MOFs

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燃料的燃烧是主要的污染源之一,此过程会释放对人类有害的有毒物质硫氧化物。在油和液体燃料中具有大量芳香硫化物,如二苯并噻吩(DBT)、苯并噻吩(BT)和噻吩(T)。为了控制硫的排放,使得环境更为宜居,脱硫工艺的研究已成为一项重要的课题。由于传统的催化加氢脱硫(HDS)需要高压和高温的工作条件,且难以脱除芳香硫化物,因此它受到其它更为有效和环保的脱硫新工艺的挑战。吸附脱硫便是其中的一种,它通过使用不同类型的吸附剂对燃料油进行吸附脱硫。MOFs作为一种高效吸附剂,具有高孔隙率和热稳定性,同时其工作条件温和,近期被广泛地学习和研究。  在本研究中,通过使用水热合成法,以MOF-199作为合成MOF的基础材料,在不同温度、不同的混合金属以及不同的混合链接剂下,合成了不同类型的金属有机骨架(MOF)。实验探究了MOF材料的最佳合成温度,并且表征了其做了BET、XRD、SEM、TGA、DSC和FT-IR等表征。制备好的吸附剂在30℃下,吸附模型油中的DBT、BT和T等芳香硫化物,通过使用硫氮分析仪(ky-3000SN)来检测被吸附剂吸附之后的模型油中的硫含量。实验分别测定了MOF材料在浓度为1000ppm的模型油中对DBT、BT和T的吸附能力。其中,在90℃下合成的MOF材料吸附能力分别为58.83、29.2和21.83mg-S·g-1;在100℃下合成的MOF材料吸附能力分别为58.18、34.93和20.29mg-S·g-1;在120℃下合成的MOF材料吸附能力分别达到58.92、34.64和21.23mg-S·g-1。  结果表明,不同温度的合成MOFs在物理和化学性质方面的差异不大,因此可以使用较低的温度来合成选定的MOF材料。所使用过的MOF可以通过溶剂洗涤来实现再生,并且可以再循环使用至少五次。其次,用MOF199作为合成MOF的基础材料来合成混合金属MOF。用不同浓度的硝酸铜和硝酸锌合成了5种不同的MOF材料,并分析了其对DBT的吸附能力。由于原始MOF199晶体结构的变形,混合金属MOFs呈现出吸附能力逐渐降低的趋势,并且随硝酸锌浓度的增加而降低。再次,用MOF199作为合成MOF的基础材料来合成了混合链接剂MOF,对其进行了表面特性进行分析以及对DBT的吸附容量测试。混合链接剂MOF也随着两个链接剂(H3BTC和H2BDC)的添加而变形,并且其对噻吩硫的吸附能力也降低。所使用过的MOF可以通过简单的溶剂洗涤来实现再生,并且可以再循环使用至少五次。因此,为了获得较高的脱硫能力,需要获得更好的框架结构,孔的尺寸,形状和结晶度,这还需要进一步的研究。
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