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

doi:10.7503/cjcu20210687

Abstract

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

CLC Number:

O613

TrendMD:

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[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(3): 20210687.

Figures/Tables 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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