多孔氮化硼纤维的可控合成和吸附脱硫研究

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近年来,随着环境污染日益严重,燃料油的低硫化、清洁化已是大势所趋。吸附脱硫作为一种绿色、低成本、易操作的脱硫技术受到广泛关注和研究。寻找具有大吸附容量、高选择性、易再生的新型吸附脱硫剂是目前科学界和产业界的研究热点。多孔氮化硼(BN)微/纳纤维具有高的比表面积、丰富的孔结构、优异的化学稳定性以及局域极性,因此有望成为新型的吸附脱硫材料。本论文可控合成了多孔BN微/纳纤维并对其进行表面改性,研究了所合成的吸附剂的吸附脱硫性能,主要研究内容如下:1.以硼酸和密胺为原料合成吸附剂前驱体,随后采用高温热解前驱体的方法可控合成多孔BN微米纤维。研究了高温热解温度(900℃到1400℃)对所合成的多孔BN微米纤维的结构、比表面积和孔分布的影响。脱硫吸附实验表明,所制备的多孔BN微米纤维吸附剂显示出优异的脱硫吸附能力。特别是1100℃合成的多孔BN微米纤维因具有高的比表面积(939.74 m2/g)和大的微孔体积,不仅展现出对模拟油中的二苯并噻吩(DBT)非常高的吸附能力(测量值为41.59 mg S g-1,理论值为86.10 mg S g-1),而且具有很好的再生循环性能,再生循环四次后吸附脱硫量还能达到76.51%。其吸附机理主要受吸附剂孔尺寸选择机理和类似于“S-M”吸附机理的影响。2.采用冷冻干燥并高温热裂解前驱体合成了多孔BN纳米纤维,并研究了高温热解温度对纳米纤维的结构、比表面积和孔分布的影响。随着热解温度的提高,所合成的多孔BN纳米纤维的结晶程度逐渐提高。1200℃制备的多孔BN纳米纤维吸附剂具有最高的比表面积(876.23 m2/g)和对DBT高的吸附能力(测量值为35.73 mg S g-1,理论值为45.31 mg S g-1),并且在低硫浓度(≤100 mg/L)脱硫中吸附性能远大于多孔BN微米纤维。其再生循环三次后吸附脱硫量还能达到初始吸附量的86.12%。因此,多孔BN纳米纤维吸附剂在吸附脱硫工业方面,特别是低硫脱硫方面具有重大的应用前景。3.以多孔BN微米纤维吸附金属Ce离子并高温煅烧合成了CeO2负载的多孔BN微米纤维吸附剂。脱硫吸附实验表明,所制备的CeO2/BN系列吸附剂在模拟油中表现出较好的脱硫吸附能力。1.5 CeO2/BN吸附剂显示出较高的DBT吸附能力,其测量值为14.27 mg S g-1,理论值为17.33 mg S g-1。其次,相比于多孔BN微米纤维,负载CeO2的多孔BN微米纤维吸附剂在低硫浓度(≤100 mg/L)表现出较好的吸附脱硫性能,但其再生循环性能还需改进。
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