纳米分子筛的合成及硫化氢吸附性能

doi:10.7503/cjcu20210687

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (3): 20210687.doi: 10.7503/cjcu20210687

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纳米分子筛的合成及硫化氢吸附性能

孟祥龙¹, 杨歌¹(), 郭海玲¹(), 刘晨光¹, 柴永明¹, 王纯正¹, 郭永梅²

^1.中国石油大学(华东)化学化工学院, 重质油国家重点实验室, 青岛 266555
^2.闽江学院新型功能性纺织纤维及材料重点实验室, 福州 350108

收稿日期:2021-09-24 出版日期:2022-03-10 发布日期:2021-12-02
通讯作者: 郭海玲 E-mail:yanggeelva@163.com;guohl@upc.edu.cn
作者简介:杨歌, 女, 博士, 讲师, 主要从事分子筛膜方面的研究. E-mail: yanggeelva@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(U1862118);中央高校基本科研业务费专项资金(21CX06024A);福建省自然科学基金(2019J01770)

Synthesis of Nano-zeolite and Its Adsorption Performance for Hydrogen Sulfide

MENG Xianglong¹, YANG Ge¹(), GUO Hailing¹(), LIU Chenguang¹, CHAI Yongming¹, WANG Chunzheng¹, GUO Yongmei²

^1.State Key Laboratory of Heavy Oil Processing，College of Chemistry and Chemical Engineering，China University of Petroleum（East China），Qingdao 266555，China
^2.Key Laboratory of Novel Functional Textile Fibers and Materials，Minjiang University，Fuzhou 350108，China

Received:2021-09-24 Online:2022-03-10 Published:2021-12-02
Contact: GUO Hailing E-mail:yanggeelva@163.com;guohl@upc.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(U1862118);the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China(21CX06024A);the Natural Science Foundation of Fujian Province, China(2019J01770)

摘要/Abstract

摘要：

利用无模板水热法合成纳米尺寸的小孔SOD型和大孔X型分子筛, 并考察了其硫化氢脱除性能. 通过对比两种分子筛的硫化氢吸附性能, 证实分子筛对硫化氢的吸附主要集中于孔道内和可及的活性位. 考察了晶粒尺寸、体积空速和吸附温度等因素对硫化氢吸附的影响, 发现纳米尺寸X型分子筛具有更大的硫容, 并且在低温和低空速下分子筛中的硫化氢分子易于脱除. 随后对纳米X型分子筛进行了金属离子交换改性, 发现Cu改性的分子筛硫容优于其它离子改性的吸附剂, 能达到20.6 mg/g. NaX-N和Cu-NaX-N再生后的硫容分别为新鲜分子筛的62.4%和78.5%.

关键词: 纳米分子筛, 吸附脱硫, 硫化氢, 金属改性

Abstract:

Nanosized SOD type and X-type zeolites were synthesized by the free-template hydrothermal method， and the hydrogen sulfide removal performance was investigated. By comparing the hydrogen sulfide adsorption performance of the two kinds of zeolite， it was confirmed that the adsorption of hydrogen sulfide in zeolite was mainly concentrated in the pores and accessible active sites. The influences of volume space velocity and adsorption temperature as well as the size of zeolite on hydrogen sulfide adsorption were deduced. It is found that nano-sized X zeolite has larger sulfur capacity， and the zeolite is easy to remove hydrogen sulfide molecules at low temperature and low space velocity. Then， the metal supported molecular sieves were obtained by ion exchange. The sulfur capacity of Cu-NaX-N can reach 20.6 mg/g， better than that of other ion modified adsorbents. The sulfur capacity of regenerated NaX-N and Cu-NaX-N zeolites can reach 62.4% and 78.5% of that of fresh zeolite， respectively.

Key words: Nano-zeolite, Adsorption desulfurization, Hydrogen sulfide, Metal modification

中图分类号:

O613

TrendMD:

孟祥龙, 杨歌, 郭海玲, 刘晨光, 柴永明, 王纯正, 郭永梅. 纳米分子筛的合成及硫化氢吸附性能. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210687.

MENG Xianglong, YANG Ge, GUO Hailing, LIU Chenguang, CHAI Yongming, WANG Chunzheng, GUO Yongmei. Synthesis of Nano-zeolite and Its Adsorption Performance for Hydrogen Sulfide. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(3): 20210687.

图/表 13

Fig.1 XRD patterns of SOD(a), NaX?N(b)， NaX?1(c) and NaX?3(d)

Fig.2 SEM images of SOD(A), NaX?N(B), NaX?1(C) and NaX?3(D)

Fig.3 N2 adsorption?desorption isotherms of SOD, NaX?N, NaX?1 and NaX?3

Table 1 Surface characteristics constants of NaX zeolites, SOD zeolites and ion-exchanged zeolites

Sample	S_BET/（m²·g^-1）	S_ext/（m²·g^-1）	S_mic/（m²·g^-1）	V_mic/（cm³·g^-1）	V_mes/（cm³·g^-1）	V_tot/（cm³·g^-1）
SOD	76	76	0	0.00	0.44	0.44
NaX?N	595	168	427	0.18	0.94	1.12
NaX?1	840	35	805	0.31	0.07	0.38
NaX?3	712	41	671	0.26	0.06	0.32
Cu?NaX?N	448	151	297	0.12	0.87	0.99
Ni?NaX?N	460	155	305	0.13	0.47	0.60
Fe?NaX?N	380	170	210	0.09	0.76	0.85

Fig.4 XRD patterns of NaX?N(a), Cu?NaX?N(b), Ni?NaX?N(c) and Fe?NaX?N(d)

Fig.5 FTIR spectra of NaX?N and ion?exchanged samples

Table 2 Elemental analysis data of NaX-N and ion-exchanged zeolites determined by EDS

Sample	Na（%）	M^*（%）	Al（%）	Si（%）	n（Si）/n（Al）
NaX?N	10.76	—	16.50	24.79	1.45
Cu?NaX?N	8.64	4.58	15.82	23.52	1.43
Ni?NaX?N	8.53	6.73	15.57	22.29	1.37
Fe?NaX?N	5.19	15.49	14.40	20.47	1.35

Fig.6 N2 adsorption?desorption isotherms of NaX?N, Cu?NaX?N, Ni?NaX?N and Fe?NaX?N

Fig.7 Breakthrough adsorption capacity of SOD, NaX?N, NaX?1 and NaX?3

Table 3 Breakthrough times and adsorption capacities of all samples

Sample	Breakthrough time/min	Breakthrough adsorption capacity H₂S/（mg·g^?1）	Sample	Breakthrough time/min	Breakthrough adsorption capacity H₂S/（mg·g^?1）
SOD ^a	64	1.61	NaX?N?1800 ^c	1032	18.24
NaX?N ^a	622	18.30	NaX?N?2400 ^c	816	19.0
NaX?1 ^a	680	14.27	NaX?N?3000 ^c	622	18.3
NaX?3 ^a	661	13.46	NaX?N?4500 ^c	377	14.53
NaX?N?50 ^b	590	16.74	NaX?N?6000 ^c	295	16.18
NaX?N?70 ^b	574	15.57	Cu?NaX?N ^d	706	20.61
NaX?N?90 ^b	553	14.69	Ni?NaX?N ^d	466	11.78
NaX?N?110 ^b	539	14.27	Fe?NaX?N ^d	246	5.82

Fig.8 Effect of temperature(A) and space velocity(B) on adsorption of H2S on NaX?N

Fig.9 Breakthrough cuves(A) and breakthrough adsorption capacity(B) of NaX?N and ion?exchanged zeolites

Fig.10 Breakthrough adsorption capacities of NaX?N and Cu?NaX?N for H2S adsorption at different desorption atmospheres

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Synthesis of Nano-zeolite and Its Adsorption Performance for Hydrogen Sulfide

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