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利用废聚苯乙烯制备的介孔碳材料及其对油中噻吩硫的吸附性能研究

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摘要

第一章 文献综述

1.1 燃油脱硫技术的研究背景

1.2 燃油脱硫技术研究现状

1.2.1 催化加氢脱硫技术

1.2.2 萃取脱硫技术

1.2.3 氧化脱硫技术

1.2.4 生物脱硫技术

1.2.5 吸附脱硫

1.3 论文课题的提出与研究意义、目的与内容

1.3.1 论文课题的提出

1.3.2 研究的意义、目的与内容

第二章 以四氯化碳为交联剂合成活性碳材料

2.1 引言

2.2 实验试剂及仪器

2.2.1 实验仪器

2.2.2 实验试剂

2.3 交联聚苯乙烯的合成

2.3.1 交联聚苯乙烯的合成途径

2.3.2 交联增重率测量

2.4 聚苯乙烯基碳材料的制备

2.4.1 碳材料的制备过程

2.4.2 煅烧损失率测量

2.5 反应条件对交联聚苯乙烯合成的影响

2.5.1 交联反应时间的影响

2.5.2 交联反应催化剂的影响

2.5.3 交联反应温度的影响

2.5.4 聚苯乙烯浓度对交联反应的影响

2.6 结构表征

2.6.1 傅里叶红外光谱表征

2.6.2 表面形貌表征

2.6.3 活性碳材料孔结构表征

2.6.4 元素表征

2.6.5 TG/DSC

2.6.6 XRD

2.7 实验结果与分析

2.7.1 交联聚苯乙烯的FTIR表征

2.7.2 煅烧后碳材料的FTIR表征

2.7.3 交联聚苯乙烯及其煅烧后的碳材料的表面形貌分析

2.7.4 交联聚苯乙烯及其煅烧碳材料的孔结构分析

2.7.5 煅烧前后碳材料的元素分析

2.7.6 TG/DSC表征结果与煅烧损失率

2.7.7 XRD表征结果

2.8 本章小结

第三章 以氯仿为交联剂合成活性碳材料

3.1 引言

3.2 实验试剂与仪器

3.2.1 实验仪器

3.2.2 实验试剂

3.3 交联聚苯乙烯的合成

3.3.1 交联聚苯乙烯的合成途径

3.3.2 交联增重率测量

3.4 制备聚苯乙烯碳材料

3.4.1 聚苯乙烯碳材料的制备

3.4.2 煅烧损失率测量

3.5 反应条件对交联聚苯乙烯合成的影响

3.5.1 反应时间对交联反应的影响

3.5.2 催化剂对交联反应的影响

3.5.3 交联反应温度的影响

3.5.4 聚苯乙烯的浓度对交联反应的影响

3.6 表征结果与讨论

3.6.1 交联聚苯乙烯的FTIR表征

3.6.2 CHCl3与CCl4煅烧后材料的FTIR对比图

3.7.3 交联聚苯乙烯及其煅烧碳材料的表面形貌分析

3.7.4 CHCl3和CCl4交联聚苯乙烯碳材料的孔结构分析

3.7.5 煅烧前后碳材料的元素分析

3.7.6 TG/DSC分析与失重率分析

3.7.7 XRD表征结果

3.8 本章小结

第四章 交联聚苯乙烯及其碳材料的吸附脱硫性能

4.1 前言

4.2 实验试剂及仪器

4.2.1 实验仪器

4.2.2 实验试剂

4.3 模拟油的配制

4.3.1 正辛烷-DBT模拟油的配制

4.3.2 正辛烷-甲苯-DBT模拟油的配制

4.3.3 汽油-DBT模拟油的配制

4.4 模拟油中硫含量的检测方法

4.4.1 分析方法

4.4.2 模拟油标准曲线的绘制

4.5 吸附脱硫实验

4.5.1 吸附平衡时间的确定

4.5.2 吸附剂的平衡吸附量

4.5.3 交联聚苯乙烯及其碳材料的等温吸附曲线

4.6 活性炭的再生能力

4.7 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表论文

导师及作者简介

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摘要

近些年,随着雾霾的日趋严重,越多的人开始把目光投向机动车尾气污染。机动车尾气污染主要是由于燃油中有部分含硫组分,燃烧后生成SOx对空气质量影响重大。所以,目前燃油的低硫化甚至无硫化将成为发展的必然趋势。传统的加氢脱硫工艺对噻吩类化合物尤其是二苯并噻吩(DBT)的脱除更为困难,且反应条件要求高,并且会降低汽油的辛烷值。而吸附脱硫是一种反应条件温和,对燃油影响小,价格低廉,对噻吩类化合物的脱除效果明显的燃油脱硫方法。活性炭是对燃油中的噻吩类化合物能够选择性吸附的一种脱硫吸附剂,其低廉的价格和良好的脱硫性能引起学者们的广泛关注。废旧聚苯乙烯泡沫(WEPS)的回收利用同样是亟待解决的环境问题,而利用废旧聚苯乙烯合成活性炭对燃油进行脱硫则是一种两全其美的办法,不但解决WEPS的回收利用问题,同时起到了清洁燃油的目的。 将WEPS分别用四氯化碳和氯仿在无水AlCl3催化作用下通过傅-克烷基化反应,分别生成多孔交联聚苯乙烯CPS1和CPS2,可以作为微/介孔活性炭材料的前驱体。对CPS1和CPS2进行煅烧处理,可生成比表面积更大、微孔结构发达的新型碳材料ACCPS1和ACCPS2。通过对新型碳材料的结构和性质系统的表征分析,研究了催化剂、交联剂、以及其他反应条件对交联聚苯乙烯结构和性质的影响,得到了优化反应条件。用CCl4制备的交联聚苯乙烯(CPS1)较氯仿为交联剂制备的CPS2具有更好的交联度、热稳定性和碳收率。煅烧前的CPS1呈大孔及中孔结构,比表面积约370 m2/g,而煅烧后的活性炭ACCPS1比表面积约为CPS1原料的2倍,微孔比表面积占总比表面的80%以上,微孔容积占总孔容的65%以上。 考察交联聚苯乙烯(CPS1,CPS2)及其对应的微孔碳材料(ACCPS1,ACCPS2)以及其他吸附剂在30℃下对各种模型燃料油(正辛烷模拟油、甲苯-正辛烷模拟油、工业汽油)中DBT硫化物的吸附脱硫性能。结果表明,各种吸附剂对油中DBT的吸附能力顺序为:CPS2<CPS1<活性炭<Y-沸石<改性活性炭<ACCPS2<ACCPS1<Cr-BTC<Cu-BDC。即ACCPS1的吸附脱硫性能比其同类的普通活性炭和改性活性炭要好,也比Y-沸石好,但比金属骨架材料(Cr-BTC,Cu-BDC)略差。ACCPS1的吸附性能在三种油环境下都要优于ACCPS2,这与其微孔比表面积大小结果相一致。ACCPS1具有良好的溶剂洗涤再生性能,其再生五次后平衡吸附量仍可以达到16.8 mg/g,高于新鲜的普通活性炭的脱硫能力。利用四氯化碳和氯仿处理废旧聚苯乙烯泡沫可以合成微孔活性碳材料,通过对其孔结构和表面化学的精确调控,有望进一步提高其吸附脱硫性能,具有较好的应用前景。

著录项

  • 作者

    孙剑锋;

  • 作者单位

    北京化工大学;

  • 授予单位 北京化工大学;
  • 学科 化学工程与技术
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 李春喜;
  • 年度 2014
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TQ6;TQ3;
  • 关键词

    废聚苯; 乙烯制备; 介孔碳材料; 噻吩硫; 吸附;

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