改性5A分子筛化学吸附低浓度SO2

改性5A分子筛化学吸附低浓度SO2

王桂香;马福秋;付家宽;董国君

【摘要】针对密闭空间低浓度二氧化硫气体危害人体健康的问题,本文采用将三乙醇胺负载于改性的5A分子筛制成吸附剂的方法,以去除低浓度有害SO2气体.通过固定床反应器检测硫化物的吸附容量,采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X-射线光电子能谱仪(XPS)等表征吸附剂的性能.实验结果表明:SO2的吸附量主要受三乙醇胺的吸附量与反应温度的影响. TEA/MZs-100-20吸附剂对低浓度SO2气体显示出优异的吸附性能:在20℃下,三乙醇胺负载量为100wt%时,其穿透实验时间达到205 min,饱和吸附量达到91.41 mg／g.通过傅里叶红外光谱及XPS分析,证实了去除低浓度SO2的吸附反应机理.%To solve the problem of the presence of low-concentration sulfur dioxide gas in a confined space , which can endanger human health , in this paper, we introduce a method for preparing triethanolamine (TEA)-loaded ad-sorbents by modified 5A zeolite to remove the noxious low-concentration SO2.We tested the sulfide adsorption ca-pacities on a fixed bed reactor and characterized other properties by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy(SEM), Fourier transformed infrared (FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).Our ex-perimental results show that the SO 2 sorption property is influenced significantly by the triethanolamine ( TEA) loading ratio and reaction temperature.The

TEA/MZs-100-20 absorbent shows a superior ability to remove low-con-centration SO2 from a gas stream.At 20℃ and a loading of 100 wt%, the TEA penetration experiment took 205 min, and its saturated adsorption

reached 91.41 mg/g.We verified the reaction mechanisms of the adsorbent remo-ving the low-concentration SO2 by FTIR and XPS.

【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》

【年(卷),期】2018(039)007

【总页数】6页(P1251-1256)

【关键词】化学吸附;SO2;改性5A分子筛;三乙醇胺;负载;反应机理

【作者】王桂香;马福秋;付家宽;董国君

【作者单位】哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,黑龙江哈尔滨150001;泰安航天特种车有限公司,山东泰安271000;哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,黑龙江哈尔滨150001

【正文语种】中文

【中图分类】X701.3

二氧化硫(SO2)是一种大气污染物，对人类的生存有严重的影响。船舶等舱室内如果含有低浓度的含硫气体，不仅危害工作人员的身体健康，而且由于含硫气体具有一定的酸性、腐蚀性，对船舶等设备有一定的破坏作用。因此将含硫气体的浓度减少到排放标准以下，是工业上特别是船舶等密闭舱体亟待解决的问题。吸附剂是由活性组分和惰性载体复合组成的[1]。粘土、膨润土、沸石、高岭土及其改性材料由于易获得及价格便宜，因此被用于吸附剂载体[2]。天然和合成沸石是重要的多孔固体，已被广泛作为分子筛用于气体分离[3]。然而，它们有一个共同的缺点：

相对较小的比表面积和低的吸附容量。关于SO2吸附实验，大多数的文献报道均

在高浓度(大于500×10-6 mg/L)[4]下进行。但是，实际密闭舱室内存在的SO2

浓度为100×10-6 mg/L，因此，去除低浓度SO2气体具有实际的研究意义。改

性5A分子筛(MZs)是一种新型的活性成分的载体材料，具有较大的比表面积、发

达的孔隙结构和热稳定性。氧化镁、氧化铜、氧化铁等金属氧化物已被加载在

MZs载体上用作吸附材料[5]。通过改性，不仅可以提高5A分子筛的吸附能力，

还可以通过负载金属氧化物改变其孔隙结构。然而，一些金属氧化物具有比三乙醇胺(TEA)弱的吸附能力。三乙醇胺是叔胺，弱碱，分子结构中含三个-CH2OH基可作为还原剂[6]。因此，本论文拟用三乙醇胺的碱性与还原性作为活性组分来脱除

低浓度SO2气体。

本文采用TEA/MZs作为吸附剂，讨论影响脱硫效果的因素，提出化学吸附剂

TEA/MZs与SO2的反应机理。

1 改性5A分子筛的制备及测试

改性5A分子筛(MZs)载体的制备：

1)将5A分子筛研磨至粉体，缓慢倒入2 mol/L的盐酸溶液中，持续搅拌3 h。将一定量的Na2CO3溶液逐滴加入到混合液中，直至溶液呈中性。离心、过滤、90℃干燥，研磨至200目待用；

2)配制1 v%氨水、2 wt%十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)混合液134 mL，恒温27℃；

3)在搅拌的过程中，缓慢加入过筛后的5A分子筛(2.7 g)，边搅拌边逐滴加入正硅酸乙酯(TEOS)10 mL。恒温持续搅拌2 h；

4)经过滤、干燥(90℃)、焙烧(550℃，5 h)制得MZs载体。

MZs负载三乙醇胺化学吸附剂的制备：

1)将一定质量的三乙醇胺(TEA)加入到50 mL去离子水中，并迅速搅拌，使其完全