收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

柱撑微孔材料吸附分离烯烃及热力学-动力学协同机理研究

丁琦  
【摘要】:乙烯、丙烯等低碳烯烃的分离纯化是石油化工行业中高能耗的分离过程。吸附分离作为一种节能的气体分离技术近年来在低碳烃的分离纯化中获得了广泛的重视,具有良好的应用前景。目前,乙烯、丙烯的吸附分离多是基于热力学平衡机理或动力学机理。然而,低碳烃分子具有十分相似的结构及性质,在单一的作用机理下,现有吸附材料的分子识别能力较为有限,分离效率有待提升。面向低碳烯烃分离纯化中存在的挑战,本文提出热力学-动力学协同策略,采用柱撑微孔材料吸附分离乙烯、丙烯,以期为新型吸附机理和吸附材料的研究提供一定的理论基础。本文采用磷酸阴离子柱撑微孔材料(ZnAtzPO_4,Atz=3-amino-1,2,4-triazole)作为吸附剂,通过热力学-动力学协同效应实现了乙烯/乙烷、丙烯/丙烷的高效分离。测定了ZnAtzPO_4对单组分气体的吸附等温线和动态吸附曲线,研究了乙烯/乙烷、丙烯/丙烷的分离选择性以及不同气体的吸附热,通过固定床穿透实验考察了ZnAtzPO_4对烯烃/烷烃混合气的分离性能。结果表明,ZnAtzPO_4对乙烯、丙烯的平衡吸附容量和吸附速率均分别高于乙烷、丙烷。在298K下,吸附剂对乙烯/乙烷的热力学-动力学复合分离选择性为12.4,优于文献结果;对丙烯/丙烷也具有良好的分离性能,复合分离选择性为8.5。同时,ZnAtzPO_4对乙烯、丙烯均表现出温和的物理吸附作用,二者的零覆盖吸附热分别为17.3和27.5 KJ·mol-1,有利于脱附。固定床穿透实验中,ZnAtzPO_4在273 K下对乙烯/乙烷(50/50)混合气的分离选择性为6.7,同时还具有良好的循环稳定性。通过模拟计算的方式揭示了磷酸阴离子柱撑微孔材料的结构与其分离性能之间的关系。通过蒙特卡洛模拟和量子化学计算研究了 ZnAtzPO_4与C2、C3烯烃/烷烃的作用方式,并采用分子动力学模拟考察了气体分子在ZnAtzPO_4孔道中的扩散行为。结果表明,ZnAtzPO_4孔道表面高密度的磷酸阴离子及氨基官能团与乙烯、丙烯分子间均存在着氢键作用,且对二者的作用能力分别强于酸性较弱的乙烷、丙烷,因此ZnAtzPO_4对烯烃表现出较高的亲和性。同时,吸附材料的狭窄孔窗口对烷烃的扩散具有限制作用,但可通过较小幅度的柔性形变允许分子尺寸较小的烯烃以较快的速率扩散。提出通过晶体物理形态调控强化内扩散效应的策略,采用层状柱撑微孔材料(Zn-ATA,ATA=5-aminotetrazole)作为吸附剂实现了丙烯/丙烷的高效动力学分离。制备了具有不同晶体尺寸的Zn-ATA材料,测定了材料对丙烯、丙烷的吸附等温线和动态吸附曲线,通过固定床穿透实验考察了 Zn-ATA对丙烯/丙烷混合气的吸附分离性能,并通过量化计算揭示了吸附剂与气体分子的相互作用方式。结果表明,随着晶体尺寸的增加,内扩散效应对吸附过程的影响逐渐增强,有利于促进丙烯/丙烷的动力学分离。尺寸达到毫米级的Zn-ATA晶体(Milli-Zn-ATA)在298 K下对丙烯、丙烷的动力学选择性为60。固定床穿透实验中,采用Milli-Zn-ATA作为吸附剂通过一次吸脱附过程可将丙烯/丙烷混合气中丙烯的纯度由50%提升至93%。基于C2烃分子尺寸及构型的差异,提出分子尺寸匹配与形状识别耦合的策略,采用Zn-ATA作为吸附剂实现了乙烯中乙烷、乙炔的同时脱除。测定了 Zn-ATA在不同温度下对C2烃类的吸附等温线和动态吸附曲线,根据理想吸附溶液理论计算了乙炔/乙烯、乙烷/乙烯分离选择性,计算了不同气体的吸附热,通过固定床穿透实验考察了 Zn-ATA对乙炔/乙烯/乙烷混合气的分离性能,最后通过原位X射线粉末衍射和分子模拟共同揭示了分子识别的机理。Zn-ATA对乙烷/乙烯(10/90)、乙炔/乙烯(1/99)的选择性分别为1.84、1.81,在固定床穿透实验中可从乙炔/乙烯/乙烷三元混合气中直接分离得到纯度达99.9%的乙烯气体,生产能力为0.72 mmol·g-1。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 范恩荣;微孔材料多孔结构的测定[J];浙江化工;1994年04期
2 赵瑞花;杜建平;谢鲜梅;薛建伟;杜志刚;李晋平;;多微孔材料的贮氢研究[J];山西化工;2006年01期
3 王秀丽,高秋明;无机微孔材料磷酸镍的合成与表征[J];无机化学学报;2003年01期
4 马俊杰,张召述,董占能;利用粉煤灰制取磷酸盐微孔材料的研究[J];昆明理工大学学报(理工版);2003年01期
5 谢兰英;钟科军;刘琪;谢新萍;;微孔材料降低卷烟烟气有害成分研究进展[J];化工进展;2005年12期
6 管俊芳;胡雪峰;舒加强;;累托石微孔材料净化酸性黑废水的实验研究[J];环境科学与技术;2007年08期
7 ;提高了耐热与耐腐蚀性的微孔材料[J];聚氨酯工业;1985年02期
8 ;金属发泡微孔材料[J];新疆钢铁;1995年05期
9 席亮;陈国新;;现浇泡沫混凝土的应用现状研究[J];建筑节能;2017年02期
10 张珍容,万隆,魏坤,石棋,唐绍裘;CeO_2-Al_2O_3/SiO_2微孔材料的结构及表面特性[J];陶瓷学报;2005年03期
11 本刊编辑部;;化工行业鞋类新标准[J];橡胶科技;2017年01期
12 佟锐;李晓峰;周云;沈石山;;酚醛建筑保温阻燃材料的研制[J];消防科学与技术;2012年01期
13 ;烧结金属丝网微孔材料及过滤技术[J];技术与市场;1997年06期
14 ;烧结金属丝网微孔材料过滤技术[J];技术与市场;1997年10期
15 陈建锋;;鞋用微孔材料静态压缩变形检测仪的研究[J];中国皮革;2014年20期
16 张珍容,万隆,张世英,石棋,魏坤;CeO_2-Al_2O_3/SiO_2超微孔材料的结构及表面特性[J];中国陶瓷;2005年02期
17 郑东;贺昌城;武英;;聚合物乳液有序膜模板及微孔材料的FE-SEM观察[J];电子显微学报;2006年S1期
18 冯守爱;田兆福;李小兰;韦康;白家峰;孟冬玲;;氧化硅微孔材料对烟气中挥发性羰基化合物的吸附研究[J];化工新型材料;2014年05期
19 刘洁,王云英,况春江,张春晖;金属微孔材料及其在高温煤气除尘中的应用研究[J];环境污染治理技术与设备;2003年07期
20 张师军;汽车用发炮聚烯烃微孔材料的开发与应用[J];材料导报;2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 孟凡雪;吕菁华;于凯;周百斌;;基于{P_6Mo_(18)}和铜吡嗪配合物的微孔材料[A];中国化学会第七届全国多酸化学学术研讨会会议论文集[C];2018年
2 陈小明;;金属多氮唑框架微孔材料在烯烃分离中的应用[A];2018年中西部地区无机化学化工学术研讨会会议论文集[C];2018年
3 梁双双;张道军;张仁春;;微孔硫属化物的设计合成及离子交换机制研究[A];2018年中西部地区无机化学化工学术研讨会会议论文集[C];2018年
4 林昶旭;洪金坚;杨龙;许孟春;向铮;刘向阳;;响应性层状有序超微孔材料的光控合成[A];第18届全国分子筛学术大会论文集(下)[C];2015年
5 孙迎新;李丰;付嘉;孙淮;;分子力场方法在微孔材料中的应用[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年
6 张旭涛;鲁建民;韩丙勇;杨万泰;;异氰酸酯基微孔材料的设计、合成及性能研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题F:功能高分子[C];2013年
7 张和平;黄南贵;;微孔材料的吸附分析方法研究[A];第六届全国颗粒测试学术会议论文集[C];2005年
8 冯守爱;田兆福;李小兰;韦康;白家峰;孟冬玲;;氧化硅微孔材料对烟气中挥发性羰基化合物的吸附研究[A];广西烟草学会2014年学术年会论文集[C];2014年
9 贺鹏飞;罗登科;郑百林;潘琼瑶;;具有随机分布微孔材料变形的数值研究[A];复合材料力学的现代进展与工程应用——全国复合材料力学研讨会论文集[C];2007年
10 曹达鹏;汪文川;;甲烷在层柱微孔材料中的吸附及其微观结构的模拟[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
11 陈小明;;金属多氮唑框架微孔材料在烯烃分离中的应用[A];第19届全国分子筛学术大会报告集[C];2017年
12 毛鸿超;张所波;;有机分子微孔材料-聚酰亚胺混合基质膜制备与性能研究[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题J 高性能高分子[C];2015年
13 潘蕊;杨国昱;;一个新颖的非心硼酸铝微孔材料[A];第18届全国分子筛学术大会论文集(上)[C];2015年
14 刘丹;王珊珊;徐进;王成;;基于+2价金属的MIL-53微孔材料的设计与合成[A];第十四届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2016年
15 梁学峰;王林;孙扬;秦旭;徐应明;;巯丙基修饰微孔材料的制备及其吸附Pb~(2+)性能研究[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
16 王建芳;刘宗怀;唐秀花;;硅钛柱撑层状氧化锰新型微孔材料的合成[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
17 郑东;贺昌城;武英;;聚合物乳液有序膜模板及微孔材料的FE-SEM观察[A];2006年全国电子显微学会议论文集[C];2006年
18 陈云静;韩立晶;董丽松;;聚乳酸微孔材料的制备及其性能研究[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题L:高分子加工[C];2017年
19 沐影;吴俊彪;王艳艳;孙延俊;李激扬;;分子筛类无机微孔材料的新性能研究[A];第19届全国分子筛学术大会论文集——D会场:分子筛及多孔材料的应用[C];2017年
20 王波;吴国忠;曾虹艳;邢哲;王谋华;;超临界CO_2制备辐射交联LDPE/EVA共混物的微孔材料的研究[A];中国化学会第27届学术年会第05分会场摘要集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前19条
1 丁琦;柱撑微孔材料吸附分离烯烃及热力学-动力学协同机理研究[D];浙江大学;2021年
2 张照强;阴离子杂化超微孔材料的设计制备及烯烃分离性能研究[D];浙江大学;2019年
3 范勇;过渡金属的磷的含氧酸盐微孔材料的合成与表征[D];吉林大学;2005年
4 李华;金属磷(膦)酸盐微孔材料的合成与表征[D];吉林大学;2007年
5 朱良奎;结晶微孔材料的透射电子显微分析[D];吉林大学;2015年
6 王冬;聚芳醚类微孔材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2006年
7 王婧媛;以四甲基胍为模板的磷酸铝微孔材料的合成与表征[D];吉林大学;2008年
8 马忠雷;多相/多组分高性能热塑性聚合物的微孔发泡与性能研究[D];西北工业大学;2015年
9 邹林池;空心球/Al微孔材料的压缩变形行为和吸能性能研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
10 邸岩;非离子半氟表面活性剂导向下新型介孔或超微孔材料的合成与表征[D];吉林大学;2006年
11 史苏华;新型亚磷酸盐微孔材料的合成与结构表征[D];吉林大学;2004年
12 舒期定;HDEHP/SiO_2-P对镧锕元素的吸附分离行为及其机理研究[D];上海交通大学;2018年
13 杨江峰;基于低浓煤层气CH_4/N_2吸附分离微孔材料的合成及其性能研究[D];太原理工大学;2012年
14 周亚明;新型锗酸盐微孔分子筛的合成与结构[D];复旦大学;2003年
15 刘志城;新型微孔锗酸盐类分子筛材料的合成与结构[D];复旦大学;2003年
16 张丽;流体分子在微孔材料中吸附与扩散行为研究[D];浙江大学;2008年
17 张振明;亲核钯化启动的炔烃官能化反应及其不对称反应的研究[D];华南理工大学;2015年
18 王一菲;无机微孔材料的合成、改性及其阳离子交换性能的研究[D];浙江大学;2007年
19 徐辉;利用偕二溴烯烃合成含氮稠杂环及杂原子取代烯烃的方法研究[D];浙江大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 郑洁怡;吡嗪类阴离子柱撑微孔材料的合成优化、成型及吸附分离性能研究[D];浙江大学;2019年
2 曹小青;碳基微孔材料常温去除NO及其再生性能的研究[D];中国石油大学(华东);2017年
3 蒋梦蝶;若干阴离子柱撑超微孔材料的制备及其气体分离性能研究[D];浙江大学;2018年
4 王颖;氨基苯甲酸构筑的过渡金属微孔材料的设计、合成及光催化性能研究[D];辽宁师范大学;2018年
5 章宁辉;Beta基复合介微孔材料的合成及在C_(10)~+重芳烃加氢脱烷基中的应用[D];中国石油大学(北京);2017年
6 高枢健;非致密注塑制备超高分子量聚乙烯微孔材料的研究[D];北京化工大学;2018年
7 闫海阔;聚丙烯微孔材料的泡孔形貌调控及其性能的研究[D];宁波大学;2018年
8 翟天龙;可溶性三蝶烯有机微孔材料的合成及其性能研究[D];华中科技大学;2018年
9 温娜;基于含二氮杂萘酮结构聚芳醚砜酮树脂的微孔材料制备及性能[D];西南科技大学;2018年
10 王伟;新型钛硅微孔材料的合成与表征[D];吉林大学;2004年
11 吴华伟;微孔材料的甲烷吸附研究[D];太原理工大学;2009年
12 王淼;新型稀土金属微孔材料的合成、表征与性质研究[D];吉林大学;2009年
13 张月;含硫有机微孔材料的合成及其性能表征[D];东华大学;2014年
14 宋飞;松香基模板剂导向合成有序超微孔材料的研究[D];江西农业大学;2017年
15 张会会;微孔材料铜硼酸盐的合成、表征及热化学研究[D];陕西师范大学;2016年
16 张美荣;富氮碳基微孔材料的制备及其CO_2物理吸附性能研究[D];青岛大学;2015年
17 董卉;微波辅助微孔材料合成及其性能研究[D];大连工业大学;2016年
18 李君敏;不同孔径尺寸的微孔材料对CO_2/CH_4/N_2吸附分离研究[D];太原理工大学;2014年
19 德格吉呼;多酸微孔材料的合成与结构表征[D];东北师范大学;2002年
20 褚佳;新型亚磷酸(磷酸)镓微孔晶体的水热合成与结构表征[D];哈尔滨工业大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 刘万生 通讯员 王冲;科学家实现化学选择性炔烃/烯烃吸附分离[N];中国科学报;2020年
2 本报记者 霍强;蓝晓科技:让吸附分离材料领域不被“卡脖子”[N];陕西日报;2020年
3 特约记者 陶炎 通讯员 凌锋;吸附分离法生产PDEB首获成功[N];中国化工报;2012年
4 记者 贺锴 通讯员 刘双英;同煤集团年产60万吨烯烃项目开工[N];山西日报;2019年
5 记者 胡拥军;上海石化烯烃部干部带班现场解难题[N];中国石化报;2019年
6 唐绍红;莱茵河低水位打乱欧洲烯烃市场物流[N];中国石化报;2018年
7 本报通讯员 赵寅;烯烃人用心描绘宁东新蓝图[N];华兴时报;2011年
8 本报记者 陈其珏;海南与卡塔尔将合建国内最大烯烃项目[N];上海证券报;2009年
9 阮晓琴;国内首个煤烯烃项目将落户陕西[N];中国矿业报;2006年
10 本报记者  阮晓琴;国内首个煤烯烃项目将投资220亿[N];上海证券报;2006年
11 亚华;亚洲烯烃价格继续上涨[N];中国商报;2001年
12 本报特约记者 梅相银;一季度烯烃价:前期回暖 后期下滑 三苯价:需求增高 价格看涨[N];中国石化报;2006年
13 本报记者  阮晓琴;中国首个煤烯烃项目预计本月开工[N];上海证券报;2006年
14 记者 杨晓明 实习记者 李影 通讯员 李德忠;同煤60万吨烯烃项目奠基开工[N];山西经济日报;2012年
15 本报记者 高鹏;烯烃第一线[N];宁夏日报;2011年
16 华年;亚洲烯烃供应紧张局面加剧[N];中国石化报;2005年
17 陈中义;国内首个煤烯烃DMTO项目落户陕西[N];中国石化报;2007年
18 本报记者 肖宏斌 通讯员 滕加伟;推动烯烃裂解关键技术突破[N];中国石化报;2012年
19 剑锋;世界轻烯烃需求增长将加速[N];国际经贸消息;2002年
20 本报记者 姚耀富;原料紧缺制约烯烃芳烃产量[N];中国石化报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978