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这种高效稳定吸附剂制备技术,可助力减少汽车尾气硫化物排放

2020-07-06 11:45:48
来源:科技日报 作者:杨芳 科技日报记者 金凤 评论:0
导语:减少汽车尾气中硫氧化物的排放,可以减少酸雨形成。一价铜基吸附剂在燃料油深度脱硫和烯烃 烷烃分离中性能出色,具有良好的工业生产前景,但是一价铜在空气中易氧化成二价铜,导致一价铜基吸附剂的制备、储存和使用都需要隔绝空气

  减少汽车尾气中硫氧化物的排放,可以减少酸雨形成。一价铜基吸附剂在燃料油深度脱硫和烯烃/烷烃分离中性能出色,具有良好的工业生产前景,但是一价铜在空气中易氧化成二价铜,导致一价铜基吸附剂的制备、储存和使用都需要隔绝空气,这不仅提高了吸附剂的成本,还严重阻碍了其实际应用的广度。南京工业大学吸附分离技术研究所孙林兵教授团队通过调控吸附剂的微环境,解决了一价铜在空气中易氧化的瓶颈问题,能使其在空气中稳定存储6个月。日前,该研究的相关成果发表于国际权威学术期刊《自然·通讯》杂志。

  给一价铜基穿上一层‘防水衣’,破解吸附剂存放难题

  一价铜基吸附剂价格低,而且其活性位和吸附质之间能产生特殊的络合作用,所以是一种吸附性能强、具有工业应用前途的吸附剂。但是其存储条件比较苛刻,必须隔绝空气,否则易跟空气中的氧气发生作用变成二氧化铜。

  研究团队曾尝试通过阻碍氧气进攻一价铜位点来防止氧化,但收效甚微。“后来,我们发现一价铜基只有在氧气和水同时存在的条件下,才能在常温下发生氧化反应。”团队负责人、论文通讯作者孙林兵教授介绍说。当他们掌握了一价铜氧化“秘密”后,便独辟蹊径,通过调控一价铜改性Y分子筛的微环境,将吸附剂的表面性质从亲水调变为超疏水,阻碍水分子接触一价铜活性位,从而实现了在氧气存在的条件下一价铜基吸附剂的稳定。

  “我们阻断了一价铜氧化必须的两个条件中的一个,也就是说给一价铜基穿上了一层‘防水衣’。”孙林兵形象地解释。

  “普通吸附剂仅在2周内就完全丧失吸硫脱硫性能,但加了‘防水层’的一价铜基吸附剂在空气中能稳定存储6个月,这大大降低了存储成本,利于工业生产。”研究团队博士后、论文第一作者李玉霞说。

  环境友好,具有良好的工业生产应用前景

  使用一价铜基进行吸附分离,具有价格低、操作简便、高效稳定的优点。较之使用一价银等吸附剂进行工业分离,一价铜基价格低、吸附能力强;而较之催化加氢脱硫分离所需的高温高压严苛条件,一价铜基吸附分离可以在常温常压下进行。

  “这样还不会降低汽油中的辛烷值。”孙林兵解释,高辛烷值汽油更能充分燃烧,抗爆性能好,发动机就可以用更高的压缩比。”

  一价铜基吸附剂除了可以脱硫外,还可以应用到烯烃/烷烃分离中。作为化工原料的乙稀产量标志着一个国家基础有机化工的水平,而乙烯是从烯烃/烷烃混合物中分离出来的,因此一价铜基吸附剂在此大有作为。

  课题组介绍,一价铜基吸附剂在诸如汽油、柴油等燃料中,可吸附芳香类硫化物,客观上阻断了含硫尾气的排放,从而达到绿色友好的功效。一价铜基吸附剂也能在烯烃/烷烃分离中选择性吸附烯烃,而不吸附烷烃,为烯烃类产品的生产提供高品质的原料。此外,一价铜基吸附剂也能在一氧化碳提纯分离中发挥作用。

  一价铜基吸附剂对含水燃料油显示出优异的吸附脱硫性能,经过循环再生后吸附容量不减。“普通的一价铜基吸附剂循环后吸附容量下降至原来的3%,而我们穿了’防水衣’的一价铜基吸附剂却可以循环使用。”李玉霞说。

  “经过循环再生后,吸附剂仍能恢复到原有的吸附容量。”孙林兵强调,该成果同时还提供了一种简单、高效高稳定性功能材料制备的新思路。

(责任编辑:韩梦晨)

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