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MOFs构筑多孔碳的制备及其吸附脱硫性能的研究

李建树  
【摘要】:燃料油中的含硫化合物是造成污染的主要原因之一,低硫化甚至超清洁无硫化燃油是当今时代的大势所趋。吸附脱硫(ADS)作为一种经济有效的脱硫技术,受到了广泛关注,而ADS吸附剂的选取至关重要。本文设计制备了一系列MOFs构筑的含金属多孔碳吸附剂,并将其应用于燃料油吸附脱硫过程中。首先,本文采用溶剂热法合成了HKUST-1和ZIF-8,并分别以该两种材料为前驱体,采用不同碳化温度制得了Cu@C-T和Zn@C-T单金属多孔碳脱硫吸附剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和N_2吸附等表征,以及对二苯并噻吩(DBT)的静态吸附脱硫实验,发现HKUST-1和ZIF-8的最佳碳化温度为800 ~oC,制得的吸附剂具有优良的织构性质和分布均匀的金属活性位点。Cu@C-800和Zn@C-800对DBT的吸附量也均高于其他吸附剂,而两者相比较,Zn@C-800具有更佳的吸附脱硫性能,达35.5 mg/g。其次,本文利用Zn/Co-MOF,在不同温度下碳化制备了一系列双金属多孔碳Zn/Co@C-T(T代表温度),并对样品进行了XRD、SEM、EDX和XPS等表征。结果表明,800 ~o C碳化得到的Zn/Co@C-800拥有适宜的孔道结构、较高的比表面积(531.1 m~2/g)和孔体积(0.449 cm~3/g)以及高度分散的双金属活性位点。在静态吸附DBT的实验中,Zn/Co@C-800的吸附量(40.6 mg/g)分别高于单金属吸附剂Zn@C-800和Co@C-800,这说明双金属的协同作用有利于吸附剂吸附性能的提高。最后,本文采用液相扩散法,使ZIF-8在CuO纳米片上成核结晶合成出了CuO-ZIF-8-n(n代表元素Cu和Zn的摩尔比),并高温碳化制得Cu-Zn@C-n双金属多孔碳吸附剂。制备的Cu-Zn@C-0.05吸附剂具有良好的孔结构、高的比表面积(1345.7 m~2/g)和孔体积(0.796 cm~3/g)以及分布均匀的双金属活性位点。XRD、SEM、TEM和XPS等表征证明了该材料中的CuO纳米片被还原为Cu_2O纳米粒子,且均匀地分布在吸附剂表面,有效地与DBT形成π络合,提高了吸附脱硫活性,对DBT的吸附量达最佳,为60.0 mg/g。


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