CuCl负载型吸附剂的制备及其CO吸附性能研究

论文摘要

一氧化碳是合成许多重要化工产品的原料气体,同时一氧化碳在有些工业气体中是有害杂质,能使催化剂中毒。随着工业的快速发展以及生产中日益强调节能降耗和人们环保意识的增强,发展高效节能的吸附分离技术,以满足含一氧化碳工业产品和尾气中各物质的分离、净化和提纯,有着重要的社会和经济意义。变压吸附PSA（或变温吸附TSA）技术是一种有效的CO分离方法,操作方便,能耗低,其利用气体组分在固体材料上的吸附特性的差异以及吸附量随压力（温度）变化而变化的特性,通过周期性的压力（温度）变换过程实现气体的分离和提纯,实现该技术的关键是开发出高效的CO吸附剂。目前,CO吸附剂的开发主要以Cu+为活性组分负载到载体上,利用Cu+能与CO形成可逆的羰基络合物,大大提高了CO的吸附量和选择性。本文通过两种方法制备了CuCl负载型CO高效吸附剂,并对其制备原料,制备条件以及吸附剂的吸附和脱附性能、CO选择性以及再生能力,机理等进行了研究。1.直接法制备CuCl分子筛吸附剂及其CO吸附性能的研究根据盐类在分子筛表面自发单层分散原理,将CuCl改性分子筛制备高效的CO吸附剂,实验结果表明在13X和NaY上CuCl的最大分散量分别为0.4gCuCl/g 13X及0.45gCuCl/g NaY,吸附量分别可达54ml/g剂及58ml/g剂,脱附量分别为40%和60%,且CO/CO2分离比分别可达1.4和1.9。XRD表明CuCl/13X样品在350℃,4h焙烧后CuCl晶相消失,表明氯化亚铜发生原子水平的分散以及一小部分的固态离子交换,而这种分散可生成较强的表面键,同时使体系的墒大大增加,结果体系的总自由能下降,是热力学自发过程。2.由二价铜前躯体制备CuCl负载型吸附剂及其CO吸附性能的研究利用传统浸渍法,通过将载体浸渍于氯化铜和羧酸铜混合溶液中,加热干燥得到CuCl的制备原料,然后在减压下,惰性气体环境下或者还原性气体环境下进行加热处理,得到了具有高效CO吸附性能及选择性的铜基吸附剂。通过对其制备原料,制备条件、吸附和脱附性能、CO选择性、再生能力以及机理等进行详细的研究,实验结果表明,当原料甲酸铜与氯化铜分子数比为1:1时,载体为活性炭,负载量为4mmolCu（Ⅰ）/gAC,在负压、氮气或是CO气体环境下经过260℃,活化3-4h后,所制得的CuCl吸附剂在0.1MPaCO压力中,吸附性能最佳,CO吸附量最高达到55ml/g剂,并且该吸附剂吸附和脱附性能最佳,反复进行吸脱附,吸附能力几乎不下降,CO/CO2分离比最大。吸附剂与空气接触被氧化后通过在CO气氛中活化可以再生。实验观察Cu（Ⅰ）/Y吸附剂在焙烧前后颜色从蓝色变为白色,说明二价铜经过一定的反应或者自还原可能全部转化为一价铜。XRD和低温氮吸附表明CuCl均匀分散于活性炭载体上。浸渍法较之直接法制备更为简单经济,避免了CuCl的提纯,正己烷保护,氮气氛围中储存等条件的限制,有利于工业化的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 一氧化碳的分离方法
• 1.3 CO 吸附剂的研究
• 1.3.1 CO 络合吸附的原理
• 1.3.2 Cu（Ⅰ）-沸石分子筛类吸附剂
• 1.3.3 Cu（Ⅰ）-活性炭类吸附剂
• 1.3.4 Cu（Ⅰ）-其他类吸附剂
• 1.4 吸附剂吸附性能的评价
• 1.4.1 吸附剂的静态吸附性能
• 1.4.2 吸附剂的动态吸附性能
• 1.5 选题的目的和意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 样品的制备
• 2.2 样品的表征
• 2.2.1 X 射线衍射（XRD）测试
• 2.2.2 比表面和孔体积测试
• 2.3 吸附性能测试
• 2.3.1 吸附容量的测试
• 2.3.2 吸附等温线的测试
• 第三章 直接法制备CuCl/分子筛吸附剂及其CO 吸附性能研究
• 3.1 实验内容
• 3.2 制备条件对吸附剂CO 吸附量的影响
• 3.2.1 CuCl 负载量对CO 吸附量的影响
• 3.2.2 载体对CO 吸附量的影响
• 3.2.3 焙烧条件对吸附性能的影响
• 3.3 性能研究
• 3.3.1 吸附剂对CO 的吸脱附性能
• 3.3.2 CO 选择性分析
• 3.4 机理研究
• 3.5 小结
• 第四章 由二价铜前躯体制备CuCl 负载型吸附剂及其CO 吸附性能研究
• 4.1 实验内容
• 4.2 制备原料对吸附剂吸附性能的影响
• 4.2.1 载体种类对吸附剂CO 吸附量的影响
• 4.2.2 铜盐种类对吸附剂CO 吸附量的影响
• 4.3 制备条件对吸附剂吸附性能的影响
• 4.3.1 CuC12/Cu（COOH）2 配比对CO 吸附量的影响
• 4.3.2 Cu 的负载量对样品吸附性能的影响
• 4.3.3 活化温度、气氛对CO 吸附量的影响
• 4.4 性能考察
• 4.4.1 吸脱附性能的考察
• 4.4.2 CO 选择性分析
• 4.4.3 再生性能的考察
• 4.5 机理考察
• 4.5.1 XRD 衍射考察Cu（Ⅰ） 的分散性
• 4.5.2 低温氮吸附考察Cu（Ⅰ） 的分散性
• 4.5.3 吸附等温线的测定
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文情况