金属有机框架化合物（MOFs）常温脱硫性能研究

发布时间：2017-04-09 02:09

  本文关键词：金属有机框架化合物（MOFs）常温脱硫性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硫化物（硫化氢、硫醇、硫醚、噻吩等）广泛存在于天然气、煤制气等工业气源中，不仅会导致严重的大气污染、输气管道及生产设备的腐蚀，还会造成下游催化剂中毒而失活。近年来，各国对环境保护日益重视，且出台了更为严格的法律法规，深度脱硫因此成为各国学者广泛关注的研究领域。现有工业脱除硫化氢技术存在硫容低、精度低以及利用率低的缺点。对脱除难度较大的硫醇、硫醚、噻吩等有机硫化物，工业上一般采用传统的加氢技术，但是该方法需要高温高压的苛刻条件，而且会消耗大量的氢气。因此，温和条件下硫化物脱除技术是该领域追求的目标。吸附脱硫被认为是最具前途的常温精脱硫新技术。其目前运用的材料大多为多孔性材料，如活性碳、分子筛等。 金属有机框架化合物是一种由金属中心与多齿型有机配体以配位键连接自组装形成的具有多孔结构的配位聚合有机框架化合物。MOFs具有大的比表面积和孔隙率，而且具有孔道可调结构多样性的特点，易于进行设计组装和结构调控。新型多孔材料有机金属框架化合物（MOFs）以其超高比表面积，孔隙率以及孔道可调节性，在气体存储、净化方面的应用已得到广泛研究，在脱硫领域也崭露头角，并有着巨大的发展潜力。 本文选取两种具有开放金属活性位的MOFs（MOF-199和MOF-74）用于温和条件下硫化氢、甲硫醚及乙硫醇的脱除。采用水热法合成MOF-199和MOF-74。对脱硫前后的MOFs进行了傅里叶红外（FTIR）, X-射线衍射(XRD)，，热重(TG)和X-射线光电子能谱(XPS)等表征技术。采用固定床流动法对其吸附性能进行了研究。 研究结果表明，MOF-199对硫化物具有很好的脱除性能，金属活性位起到了重要作用。吸附硫化氢与乙硫醇以后有硫化铜生成和羧基的释放，且结构坍塌。MOF-199吸附甲硫醚的硫容高达8.48%，且再生三次后的硫容为原始的95%。MOF-74脱除硫化氢以后有硫化锌生成和羟基基的释放，且结构受到严重破坏。MOF-74中的金属中心与甲硫醚和乙硫醇均发生了配位作用，吸附乙硫醇后的样品很难再生，吸附甲硫醚的样品有良好的再生性能。基于对本课题的研究，硫化物的空间位阻不同导致了脱硫行为不同。开放的金属中心是影响MOFs脱硫性能的主导因素。MOF-199的脱硫性能远高于MOF-74，这是由两者金属中心及自身结构的不同共同导致的结果。
【关键词】：金属有机框架化合物 常温脱硫 甲硫醚 乙硫醇 硫化氢
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X701.3;TQ424.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 选题背景10-24
• 1.1 脱硫净化的必要性10-12
• 1.2 脱硫技术现状12-17
• 1.2.1 湿法脱硫12
• 1.2.2 金属氧化物脱硫12-13
• 1.2.3 其他干法脱硫13
• 1.2.4 吸附脱硫13-17
• 1.3 金属有机框架化合物(MOFs)简介17-21
• 1.3.1 MOFs 的特点17-18
• 1.3.2 金属有机框架材料的应用研究18-20
• 1.3.3 MOFs 在脱硫方面的应用研究20-21
• 1.4 课题的选择及研究内容21-24
• 第二章 实验部分24-30
• 2.1 实验原料和实验设备24-25
• 2.2 脱硫剂的制备25-26
• 2.2.1 MOF-199 的制备25-26
• 2.2.2 MOF-74 的制备26
• 2.3 气体的选择及配制26-27
• 2.4 脱硫性能评价装置27
• 2.5 实验条件27-28
• 2.6 气相组成分析方法28
• 2.7 表征手段28-30
• 第三章 MOF-199 对硫化物的脱除性能与机理研究30-46
• 3.1 不同预处理条件对 MOF-199 脱硫性能影响研究及表征31-36
• 3.2 吸附温度对 MOF-199 脱硫性能的影响36-37
• 3.3 MOF-199 脱除硫化物机理研究37-42
• 3.4 MOF-199 的再生性能研究42-44
• 3.5 小结44-46
• 第四章 MOF-74 脱硫性能研究46-62
• 4.1 MOF-74 的表征46-49
• 4.2 活化温度对 MOF-74 脱硫性能的影响49-50
• 4.3 吸附温度对 MOF-74 脱硫性能的影响50-51
• 4.4 MOF-74 脱除硫化物机理研究51-56
• 4.5 MOF-74 的再生性能研究56-59
• 4.5.1 脱除甲硫醚样品的再生性能研究56-58
• 4.5.2 脱除乙硫醇样品的再生性能研究58-59
• 4.6 小结59-62
• 第五章 MOFs 脱硫的影响因素分析62-70
• 5.1 MOF-199 与 MOF-74 吸附不同硫化物性能比较62-67
• 5.2 多种 MOFs 材料脱硫性能差异比较67-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 论文创新点71
• 6.3 今后工作设想71-72
• 参考文献72-84
• 致谢84-85
• 硕士期间发表论文85

【参考文献】

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本文编号：294205