乙烯—乙烷分離用π絡(luò)合吸附劑的研究

【摘要】： 烯烴-烷烴的分離是石油化工行業(yè)中重要的分離過(guò)程,其中以分離乙烯-乙烷最具代表性。在烯烴廠,一直以來(lái)使用低溫精餾方法分離乙烯-乙烷。盡管精餾是一種非常成熟的工藝,但能耗巨大,研究人員一直致力于尋求一種高效、節(jié)能、低成本的方法以取代低溫精餾。π絡(luò)合吸附分離作為一種介于物理吸附和化學(xué)吸附之間的新型吸附分離技術(shù),引起了科學(xué)研究者的廣泛關(guān)注,其關(guān)鍵是開發(fā)具有高選擇性的π絡(luò)合吸附劑。 本文在課題組前期工作的基礎(chǔ)上,借助現(xiàn)代分析方法,對(duì)乙烯-乙烷分離用π絡(luò)合吸附劑的吸附機(jī)理、載體改性、組成優(yōu)化、稀土添加影響以及新材料開發(fā)等作了一些新的探索。具體的研究?jī)?nèi)容可歸納如下: 通過(guò)分子軌道計(jì)算對(duì)CuCl絡(luò)合吸附C_2H_4的行為進(jìn)行了分子模擬研究,并在計(jì)算過(guò)程中考慮了載體活性炭的影響因素,確定了活性炭上CuCl與C_2H_4作用的微觀吸附結(jié)構(gòu),結(jié)果表明:CuCl在活性炭上的負(fù)載對(duì)位置有明顯的選擇性,CuCl以銅端選擇吸附在活性炭表面的頂位和橋位上,頂位吸附最強(qiáng)。C_2H_4與Cu(I)發(fā)生絡(luò)合作用時(shí)形成對(duì)稱的三元環(huán)結(jié)構(gòu),一個(gè)CuCl分子至多只能吸附一個(gè)C_2H_4分子。吸附能與鍵長(zhǎng)的計(jì)算結(jié)果顯示,由于載體炭的作用明顯削弱了Cu(I)與C_2H_4之間的絡(luò)合反應(yīng)強(qiáng)度。 通過(guò)對(duì)載體活性炭的改性及CuCl負(fù)載量的優(yōu)化研究,制備出了選擇性吸附乙烯的載銅活性炭吸附劑,并對(duì)所制吸附劑進(jìn)行了一系列的表征分析,考察CuCl在活性炭表面分散的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn),絡(luò)合吸附劑NAC無(wú)法有效地用于C_2H_4-C_2H_6體系的分離,其主要原因在于乙烷在活性炭上較強(qiáng)的物理吸附會(huì)影響到絡(luò)合吸附劑對(duì)乙烯的吸附選擇性;其次,乙烯的絡(luò)合吸附量偏低也影響了吸附劑的分離效果。活性炭上CuCl的分散能力越強(qiáng),吸附劑對(duì)乙烯-乙烷的分離效果越好。增大活性炭的比表面積和表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量,都將有利于CuCl在活性炭表面的分散。對(duì)活性炭的改性研究結(jié)果表明,雙氧水改性和氫氟酸改性皆可使載銅活性炭吸附劑對(duì)乙烯-乙烷的分離性能有很大的改進(jìn),但雙氧水改性的效果更明顯;且雙氧水處理時(shí)的反應(yīng)條件溫和,不產(chǎn)生附加污染物,其操作易于 【關(guān)鍵詞】：π絡(luò)合 吸附劑 吸附分離 乙烯 乙烷
【學(xué)位授予單位】：南京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TQ028
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 文獻(xiàn)綜述14-40
• 1.1 引言14-15
• 1.2 π絡(luò)合吸附分離技術(shù)的發(fā)展15-16
• 1.3 π絡(luò)合吸附原理16-19
• 1.4 π絡(luò)合吸附劑19-24
• 1.4.1 單層分散型吸附劑20-22
• 1.4.1.1 制備方法20-21
• 1.4.1.2 分散閾值的理論估算21-22
• 1.4.2 離子交換型吸附劑22-24
• 1.4.2.1 離子交換沸石22-23
• 1.4.2.2 離子交換樹脂23-24
• 1.5 π絡(luò)合吸附分離的應(yīng)用研究24-30
• 1.5.1 π絡(luò)合吸附用于大吸附量分離過(guò)程24-27
• 1.5.1.1 分離回收CO 的工業(yè)應(yīng)用24-25
• 1.5.1.2 分離烯烴－烷烴25-26
• 1.5.1.3 分離芳香烴－脂肪烴26-27
• 1.5.2 π絡(luò)合吸附用于凈化過(guò)程27-29
• 1.5.2.1 用于凈化烯烴27-28
• 1.5.2.2 用于脫除脂肪烴中的少量芳烴28
• 1.5.2.3 用于深度脫硫28-29
• 1.5.3 其它應(yīng)用前景29-30
• 1.6 本文的研究目的和內(nèi)容30-32
• 參考文獻(xiàn)32-40
• 第二章 載銅活性炭絡(luò)合吸附乙烯的分子軌道計(jì)算40-57
• 2.1 引言40
• 2.2 分子軌道計(jì)算理論和模型40-43
• 2.2.1 理論方法40-41
• 2.2.2 基組41-42
• 2.2.3 原子簇模型的確立42-43
• 2.3 分子軌道計(jì)算方法和步驟43-45
• 2.3.1 幾何優(yōu)化43
• 2.3.2 表征穩(wěn)定點(diǎn)43-44
• 2.3.3 能量計(jì)算44-45
• 2.4 計(jì)算結(jié)果與討論45-54
• 2.4.1 CuCl 在活性炭載體表面的負(fù)載45-47
• 2.4.2 Cu(I)與C_2H_4的絡(luò)合反應(yīng)機(jī)理47-48
• 2.4.3 活性炭上CuCl 對(duì)C_2H_4的絡(luò)合吸附機(jī)理48-54
• 2.5 本章小結(jié)54-55
• 參考文獻(xiàn)55-57
• 第三章 乙烯－乙烷分離用載銅活性炭吸附劑的制備與表征57-102
• 3.1 引言57
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分57-63
• 3.2.1 絡(luò)合吸附劑的制備57-58
• 3.2.2 表征方法及原理58-61
• 3.2.2.1 XRD58-60
• 3.2.2.2 BET 及PSD60
• 3.2.2.3 XPS60-61
• 3.2.2.4 TPR61
• 3.2.2.5 TG-DSC61
• 3.2.3 吸附劑分離性能評(píng)價(jià)61-63
• 3.3 結(jié)果與討論63-97
• 3.3.1 NAC 絡(luò)合吸附劑分離CO-N_2和C_2H_4-C_2H_6的性能比較63-67
• 3.3.2 載體活性炭的改性研究67-80
• 3.3.2.1 不同改性方法對(duì)活性炭物理性能的影響67-72
• 3.3.2.2 不同改性方法對(duì)活性炭表面化學(xué)的影響72-76
• 3.3.2.3 不同改性方法對(duì)活性炭上CuCl 分散閾值的影響76-77
• 3.3.2.4 不同改性方法對(duì)吸附分離C_2H_4-C_2H_6的影響77-80
• 3.3.3 CuCl 負(fù)載量對(duì)吸附劑分離C_2H_4-C_2H_6的影響80-86
• 3.3.4 CuCl 在活性炭表面的分散研究86-97
• 3.3.4.1 BET 分析結(jié)果86-87
• 3.3.4.2 XRD 分析結(jié)果87-92
• 3.3.4.3 TG-DSC 分析結(jié)果92-94
• 3.3.4.4 XPS 分析結(jié)果94-95
• 3.3.4.5 H_2-TPR 分析結(jié)果95-97
• 3.4 本章小結(jié)97-98
• 參考文獻(xiàn)98-102
• 第四章 添加稀土鑭對(duì)吸附分離乙烯－乙烷的影響102-113
• 4.1 引言102
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分102-103
• 4.2.1 稀土復(fù)合吸附劑的制備102-103
• 4.2.2 表征方法103
• 4.2.3 吸附分離性能評(píng)價(jià)103
• 4.3 結(jié)果與討論103-110
• 4.3.1 稀土助劑的添加效果103-104
• 4.3.2 不同稀土添加形態(tài)的影響104-105
• 4.3.3 稀土氯化鑭用量的優(yōu)化105-106
• 4.3.4 稀土復(fù)合吸附劑的再生性能106-107
• 4.3.5 稀土在絡(luò)合吸附劑中的作用機(jī)理107-110
• 4.3.5.1 稀土添加對(duì)吸附劑結(jié)構(gòu)的影響107-108
• 4.3.5.2 稀土添加對(duì)吸附劑還原行為的影響108-109
• 4.3.5.3 稀土在吸附劑表面的分布109-110
• 4.4 本章小結(jié)110-111
• 參考文獻(xiàn)111-113
• 第五章 新型有序介孔材料分離烯烴－烷烴初探113-128
• 5.1 引言113
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分113-115
• 5.2.1 介孔炭分子篩的制備113-114
• 5.2.2 載銅吸附劑的制備114
• 5.2.3 吸附分離性能評(píng)價(jià)114
• 5.2.4 表征方法114-115
• 5.2.5 實(shí)驗(yàn)原料115
• 5.3 結(jié)果與討論115-126
• 5.3.1 CuCl/SBA-15 分離烯烴－烷烴115-121
• 5.3.2 C-SBA15 的表征結(jié)果121-124
• 5.3.3 CuCl/C-SBA15 分離烯烴－烷烴124-126
• 5.4 本章小結(jié)126
• 參考文獻(xiàn)126-128
• 第六章 結(jié)論與展望128-131
• 撰寫和發(fā)表的論文131-132
• 致謝132

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