肖樹萌 ,鐘東文 ,韓 雪,黨亞固*
(1.中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司,廣東 茂名 525000;2.四川大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,四川 成都 610065)
微波負(fù)載AgNO3用于乙烯/乙烷分離的研究
肖樹萌1,鐘東文1,韓 雪2,黨亞固2*
(1.中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司,廣東 茂名 525000;2.四川大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,四川 成都 610065)
采用溶液浸漬法將AgNO3負(fù)載于細(xì)孔硅膠載體,并通過微波方式進(jìn)行強(qiáng)化分散制備AgNO3/SiO2乙烯絡(luò)合吸附劑,考察不同微波時(shí)間AgNO3/SiO2對(duì)乙烯/乙烷的分離效果。通過紅外光譜(IR)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)對(duì)吸附劑進(jìn)行表征。負(fù)載AgNO3后微波10min,在25℃,0.5MPa吸附條件下, AgNO3/SiO2吸附劑對(duì)乙烯的吸附量達(dá)到42.85mL/g,吸附選擇系數(shù)提高至2.82,具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
微波;吸附分離;乙烯;乙烷
煉油廠干氣中含有大量甲烷、乙烯、乙烷等輕烴資源[1-2],將其回收提濃,具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,變壓吸附分離技術(shù)[3-4]由于工藝簡(jiǎn)單,投資少,能耗低,是一種經(jīng)濟(jì)可行的方法。該工藝開發(fā)的核心是相應(yīng)絡(luò)合吸附劑的研究[5]。采用硅膠[6]為載體,根據(jù)π絡(luò)合原理[7-10],負(fù)載AgNO3[11-14]助劑,可以制備出適宜的吸附分離劑。微波處理[15]可以強(qiáng)化分散AgNO3在SiO2載體的分散,提高吸附分離性能。本文研究了微波處理對(duì)AgNO3/SiO2絡(luò)合吸附劑制備的影響,采用紅外光譜(IR)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等對(duì)吸附劑進(jìn)行表征,并測(cè)定其吸附等溫線,研究結(jié)果具有較大的應(yīng)用價(jià)值。
1.1 實(shí)驗(yàn)藥品
細(xì)孔硅膠,AR,青島?;胤N硅膠有限公司;AgNO3,AR,成都市科龍化工試劑廠。
2.2 吸附劑的制備
采用等體積浸漬法在硅膠載體上負(fù)載AgNO3溶液,真空干燥2h,放入家用微波爐進(jìn)行微波強(qiáng)化分散,冷卻至室溫即制備出AgNO3/SiO2絡(luò)合吸附劑,避光保存。
3.1 AgNO3/SiO2絡(luò)合吸附劑樣品的分析
對(duì)AgNO3/SiO2絡(luò)合吸附劑進(jìn)行了X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(IR)分析,如圖1~圖3所示。XRD使用日本理學(xué)公司的D/MAX-2500型衍射儀,Cu 靶,Kα輻射源,工作電壓為40kV,工作電流為100mA,掃描范圍為5~80°。SEM在日本JEOL公司的JSM-7500F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡中進(jìn)行,放大倍數(shù)為2萬至10萬倍。IR在美國(guó)Perkin Elmer公司Spectrum Two L1600300型傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行分析,光譜波數(shù)范圍為4000-400 cm-1,光譜分辨率為0.5 cm。
圖中微波時(shí)間為a: 0min,b:10min,c:20min,d:30min圖1 不同微波時(shí)間AgNO3/SiO2絡(luò)合吸附劑XRD圖譜Fig.1 The XRD pattern of different microwave time AgNO3/SiO2
XRD可以反應(yīng)出Ag在SiO2的分散情況,如圖1所示,微波時(shí)間從0增至10min,AgNO3特征晶相峰強(qiáng)度減弱,晶相峰已不明顯,表明微波處理可以加強(qiáng)Ag+在SiO2上的分散。20min時(shí),出現(xiàn)了較明顯的Ag2O特征晶相峰,應(yīng)該分解產(chǎn)生了Ag2O;微波時(shí)間為30min時(shí),XRD圖譜上幾乎已觀察不到任何特征峰。Ag2O完全分解為單質(zhì)Ag,且在載體上分散效果較好,各特征晶相峰均看不見了。由此可見,微波時(shí)間為10min,AgNO3分散效果最佳。
圖中放大倍數(shù)為2萬倍圖2 AgNO3/SiO2絡(luò)合吸附劑SEM圖Fig.2 The SEM of AgNO3/SiO2 complexation adsorbent
對(duì)微波10min的AgNO3/SiO2絡(luò)合吸附劑進(jìn)行形貌觀察,如圖2所示??捎^測(cè)到AgNO3/SiO2絡(luò)合吸附劑表面除出現(xiàn)少數(shù)AgNO3小顆粒外,大部分AgNO3分散較為均勻,證實(shí)了前述XRD結(jié)果。
微波時(shí)間 a: 0min,b :10min,c :20min,d :30min圖3 不同微波時(shí)間硅膠載體IR圖譜Fig.3 The IR spectrogram of different microwave time SiO2 substrates
由圖3可見,微波加熱10min、20min、30min的硅膠與為微波硅膠載體均在3500cm-1,1100cm-1、800cm-1及450cm-1處出現(xiàn)硅膠紅外光譜特征吸收峰,吸收譜帶一致,說明載體硅膠經(jīng)過微波后,結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化。由于負(fù)載型吸附劑在微波加熱過程中存在著熱點(diǎn)和表面效應(yīng)[15]。一定微波時(shí)間內(nèi),能使載體表面上某些點(diǎn)發(fā)熱而本身體相溫度基本不變,這樣既能加快AgNO3在硅膠表面的分散,又能避免載體硅膠骨架在高溫下坍塌。但若微波時(shí)間過長(zhǎng),體系溫度達(dá)到均一后,載體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變,進(jìn)而影響AgNO3的分散??梢钥闯?,微波10min比較有利于AgNO3在硅膠表面的均勻分散。
3.2 吸附性能測(cè)試
C2H4吸附屬于絡(luò)合吸附,其吸附中心位于Ag+上[12],Ag+分散越好,越有利于其吸附和分離。不同微波時(shí)間的 AgNO3/SiO2吸附劑對(duì)乙烯吸附性能如圖4。
圖4 25℃時(shí)C2H4在不同微波時(shí)間 AgNO3/SiO2上的吸附等溫線Fig.4 The adsorption isotherm of different microwave time AgNO3/SiO2 for C2H4 at 25℃
由圖4可知,微波強(qiáng)化分散可以提高C2H4吸附量,且微波時(shí)間為10min的樣品吸附量最大。為了更直觀的看出其趨勢(shì),將吸附壓力為0.5MPa條件下對(duì)乙烯的吸附量繪制成圖,結(jié)果見圖5。
圖5 25℃,0.5MPa時(shí)C2H4在 不同微波時(shí)間AgNO3/SiO2上的吸附量
Fig.5 The amount adsorbed of different microwavetime AgNO3/SiO2for C2H4at 25℃,0.5MPa
圖6為微波處理10minAgNO3/SiO2和空白SiO2對(duì)乙烯乙烷吸附等溫線,由圖可見,經(jīng)過微波處理AgNO3/SiO2對(duì)C2H4的吸附容量增大,C2H6的吸附容量減小,在25℃,0.5MPa條件下,微波處理后AgNO3/SiO2對(duì)乙烯的吸附量從28.16mL/g增大到42.85mL/g,分離系數(shù)由1.37提高至2.82??梢娢⒉ㄌ幚碓鰪?qiáng)了Ag+在載體上面的分布,明顯改善了其吸附分離效果。
圖6 25℃時(shí)C2H4和C2H6在微波加熱10minAgNO3/SiO2和空白SiO2上的吸附等溫線(Figure 6 The adsorption isotherm of microwave heating 10 min AgNO3/SiO2and SiO2for C2H4and C2H6at 25℃
研究了微波處理對(duì)AgNO3/SiO2π絡(luò)合吸附劑的增強(qiáng)效果,微波處理可以明顯增強(qiáng)Ag在載體表面的分散,提高乙烯的吸附量和乙烯/乙烷的分離系數(shù)。適宜的微波時(shí)間為10min,在25℃,0.5MPa吸附條件下,乙烯的吸附量可達(dá)42.85mL/g,選擇性達(dá)2.82。
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(本文文獻(xiàn)格式:肖樹萌 ,鐘東文 ,韓 雪,等.微波負(fù)載AgNO3用于乙烯/乙烷分離的研究[J].山東化工,2017,46(12):50-52.)
Microwave Load Silver Nitrate Used in Separation of Ethylene and Ethane
XiaoShumeng1,ZhongDongwen1,HanXue2,DangYagu2
(1.Maoming Branch of SINOPEC, Maoming 525000, China;2.Department of Chemical Engineering Sichuan University, Chengdu 610065, China)
The AgNO3/SiO2adsorbent was prepared by loading silver nitrate on the fine pored silica gel substrate through solution impregnation method and dispersing through microwave heating, and exploring AgNO3/SiO2adsorbent which microwave heating at different time for ethylene and ethane separation effect. Then characterizations like infrared spectroscopy(IR), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) were tested. The adsorbent which loading silver nitrate and microwave heating at 10 min, the amount adsorbed and adsorption selectivity of AgNO3/SiO2for ethylene is 42.85mL/g and 2.82 at 298K,0.5MPa. It has a good prospect of industrial application.
microwave; adsorption separation; ethylene; ethane
2017-04-14
肖樹萌(1971—),廣東茂名人,學(xué)士,高級(jí)工程師,主要從事茂名石化科研技術(shù)管理工作;通信作者:黨亞固(1969—),四川成都人,四川大學(xué)副教授,從事化工工藝、分離工程等的研究。
TQ221.21+1
A
1008-021X(2017)12-0050-03