UTSA-280的氨改性以及C2H4/C2H6分离性能研究
发布时间：2021-08-26 18:14
炼厂干气中回收乙烯是扩宽C2H4来源的有效途径,但C2H4和C2H6物理性质和分子尺寸非常接近,分离困难.金属有机骨架材料（MOFs）近年来在低碳烃分离领域展现出广阔的前景.本工作采用氨吸附改性调节UTSA-280的结构,通过一维直孔道大小的调节实现C2H4/C2H6的高效分离.改性后的UTSA-280具有独特的超微孔结构能提升C2H4的吸附,而完全不吸附稍大的C2H6,实现理想的C2H4/C2H6吸附选择性（>1000）.结果表明,改性后的UTSA-280的C2H4吸附量可提高至2.83 mmol/g,与未改性的材料相比增加29%,并且能阻挡C<...
【文章来源】：化学学报. 2020,78(06)北大核心SCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
UTSA-280材料的脱水及氨吸附改性后的结构变化示意图
采用粉末X射线衍射(PXRD)技术对制备、活化、改性以及气体吸附后的UTSA-280样品进行了表征(图2).从图2中可以看出,制备的UTSA-280样品的PXRD图谱与模型图谱的特征峰完全一致,主峰强度较高,说明制备的UTSA-280材料具有较高的纯度.样品经160℃活化后的特征峰没有变化,证明活化时结构稳定性好,高温处理后依旧保持原有晶型.从氨改性以及C2H4/C2H6吸附后的PXRD图谱可以看出,强极性分子NH3对UTSA-280的结构没有破坏作用,其在吸附气体后也没有结构的变化.由此表明,UTSA-280高稳定的结构可在活化、改性和吸附过程中保持完整,有效避免在实际应用过程中大多数MOFs材料结构易破坏,稳定性较差的问题[26～28].通过UTSA-280材料的热重曲线和差热分析曲线(图3)可以看出,材料的热重曲线出现多个失重阶梯,对应于材料客体水分子的脱除和结构的分解.在30～50℃的升温过程中,材料的质量有缓慢损失,温度升至80℃后失重加快,直至120℃左右完成第一阶段失重过程,此阶段10%的失重为结构孔道中水分子的脱除.材料在120～320℃的温度范围会脱除结构中配位水分子,随着水分子的脱除,C2H4吸附量逐渐上升,但如果配位水完全脱除,则C2H4/C2H6吸附选择性会显著降低,配位水分子的脱除没有明显的阶梯,所以仅依靠温度和升温速率方式难以进行精确控制.当温度升高至320～480℃温度区间,出现失水后材料的稳定平台,后续温度的升高会导致材料的分解,放出大量热量.由此看出,UTSA-280的最终分解温度达480℃,说明该材料具有高的热稳定性[29,30].
通过UTSA-280材料的热重曲线和差热分析曲线(图3)可以看出,材料的热重曲线出现多个失重阶梯,对应于材料客体水分子的脱除和结构的分解.在30～50℃的升温过程中,材料的质量有缓慢损失,温度升至80℃后失重加快,直至120℃左右完成第一阶段失重过程,此阶段10%的失重为结构孔道中水分子的脱除.材料在120～320℃的温度范围会脱除结构中配位水分子,随着水分子的脱除,C2H4吸附量逐渐上升,但如果配位水完全脱除,则C2H4/C2H6吸附选择性会显著降低,配位水分子的脱除没有明显的阶梯,所以仅依靠温度和升温速率方式难以进行精确控制.当温度升高至320～480℃温度区间,出现失水后材料的稳定平台,后续温度的升高会导致材料的分解,放出大量热量.由此看出,UTSA-280的最终分解温度达480℃,说明该材料具有高的热稳定性[29,30].制备、活化及改性后UTSA-280的红外图谱由图4所示.从图中可以看出,UTSA-280在活化前后以及改性前后都具有相近的振动峰,说明了其保持原有的官能团及结构.主要的变化在于制备的UTSA-280结构中包含大量水分子,所以在波长3000～3500 cm-1之间有很强并且很宽的水分子振动峰.在活化脱水后,材料的这部分水分子振动峰明显减少,由此验证结构中大部分的水分子被脱除.氨改性后的UTSA-280在3250～3400cm-1之间多出了数个稍有凸起的振动峰,此部分峰的出现归因于UTSA-280改性后结构中吸附并结合了大量氨分子[31,32],由此说明了UTSA-280材料氨改性后氨分子与结构的结合.
【参考文献】：
期刊论文
[1]MIL-101（Cr）/GO复合吸附剂的O2/N2分离性能研究[J]. 刘洋,夏潇潇,谭媛元,李松. 化学学报. 2020(03)
[2]中国乙烯行业发展现状与趋势展望[J]. 黄磊. 云南化工. 2019(12)
[3]具有水稳性且携带氨基官能团的多功能fcu-MOF用于小分子分离（英文）[J]. 姜珂,张玲,夏体锋,杨雨,李斌,崔元靖,钱国栋. Science China Materials. 2019(09)
[4]高通量筛选金属-有机框架:分离天然气中的硫化氢和二氧化碳[J]. 杨文远,梁红,乔智威. 化学学报. 2018(10)
[5]金属有机骨架材料在吸附分离研究中的应用进展[J]. 张贺,李国良,张可刚,廖春阳. 化学学报. 2017(09)
[6]催化裂化干气乙烯回收利用技术研究进展[J]. 谭雅文,丁雪. 广东化工. 2017(06)
[7]催化裂化干气中乙烯回收利用的新途径[J]. 姚日远. 石油炼制与化工. 2014(12)
本文编号：3364724
【文章来源】：化学学报. 2020,78(06)北大核心SCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
UTSA-280材料的脱水及氨吸附改性后的结构变化示意图
采用粉末X射线衍射(PXRD)技术对制备、活化、改性以及气体吸附后的UTSA-280样品进行了表征(图2).从图2中可以看出,制备的UTSA-280样品的PXRD图谱与模型图谱的特征峰完全一致,主峰强度较高,说明制备的UTSA-280材料具有较高的纯度.样品经160℃活化后的特征峰没有变化,证明活化时结构稳定性好,高温处理后依旧保持原有晶型.从氨改性以及C2H4/C2H6吸附后的PXRD图谱可以看出,强极性分子NH3对UTSA-280的结构没有破坏作用,其在吸附气体后也没有结构的变化.由此表明,UTSA-280高稳定的结构可在活化、改性和吸附过程中保持完整,有效避免在实际应用过程中大多数MOFs材料结构易破坏,稳定性较差的问题[26～28].通过UTSA-280材料的热重曲线和差热分析曲线(图3)可以看出,材料的热重曲线出现多个失重阶梯,对应于材料客体水分子的脱除和结构的分解.在30～50℃的升温过程中,材料的质量有缓慢损失,温度升至80℃后失重加快,直至120℃左右完成第一阶段失重过程,此阶段10%的失重为结构孔道中水分子的脱除.材料在120～320℃的温度范围会脱除结构中配位水分子,随着水分子的脱除,C2H4吸附量逐渐上升,但如果配位水完全脱除,则C2H4/C2H6吸附选择性会显著降低,配位水分子的脱除没有明显的阶梯,所以仅依靠温度和升温速率方式难以进行精确控制.当温度升高至320～480℃温度区间,出现失水后材料的稳定平台,后续温度的升高会导致材料的分解,放出大量热量.由此看出,UTSA-280的最终分解温度达480℃,说明该材料具有高的热稳定性[29,30].
通过UTSA-280材料的热重曲线和差热分析曲线(图3)可以看出,材料的热重曲线出现多个失重阶梯,对应于材料客体水分子的脱除和结构的分解.在30～50℃的升温过程中,材料的质量有缓慢损失,温度升至80℃后失重加快,直至120℃左右完成第一阶段失重过程,此阶段10%的失重为结构孔道中水分子的脱除.材料在120～320℃的温度范围会脱除结构中配位水分子,随着水分子的脱除,C2H4吸附量逐渐上升,但如果配位水完全脱除,则C2H4/C2H6吸附选择性会显著降低,配位水分子的脱除没有明显的阶梯,所以仅依靠温度和升温速率方式难以进行精确控制.当温度升高至320～480℃温度区间,出现失水后材料的稳定平台,后续温度的升高会导致材料的分解,放出大量热量.由此看出,UTSA-280的最终分解温度达480℃,说明该材料具有高的热稳定性[29,30].制备、活化及改性后UTSA-280的红外图谱由图4所示.从图中可以看出,UTSA-280在活化前后以及改性前后都具有相近的振动峰,说明了其保持原有的官能团及结构.主要的变化在于制备的UTSA-280结构中包含大量水分子,所以在波长3000～3500 cm-1之间有很强并且很宽的水分子振动峰.在活化脱水后,材料的这部分水分子振动峰明显减少,由此验证结构中大部分的水分子被脱除.氨改性后的UTSA-280在3250～3400cm-1之间多出了数个稍有凸起的振动峰,此部分峰的出现归因于UTSA-280改性后结构中吸附并结合了大量氨分子[31,32],由此说明了UTSA-280材料氨改性后氨分子与结构的结合.
【参考文献】：
期刊论文
[1]MIL-101（Cr）/GO复合吸附剂的O2/N2分离性能研究[J]. 刘洋,夏潇潇,谭媛元,李松. 化学学报. 2020(03)
[2]中国乙烯行业发展现状与趋势展望[J]. 黄磊. 云南化工. 2019(12)
[3]具有水稳性且携带氨基官能团的多功能fcu-MOF用于小分子分离（英文）[J]. 姜珂,张玲,夏体锋,杨雨,李斌,崔元靖,钱国栋. Science China Materials. 2019(09)
[4]高通量筛选金属-有机框架:分离天然气中的硫化氢和二氧化碳[J]. 杨文远,梁红,乔智威. 化学学报. 2018(10)
[5]金属有机骨架材料在吸附分离研究中的应用进展[J]. 张贺,李国良,张可刚,廖春阳. 化学学报. 2017(09)
[6]催化裂化干气乙烯回收利用技术研究进展[J]. 谭雅文,丁雪. 广东化工. 2017(06)
[7]催化裂化干气中乙烯回收利用的新途径[J]. 姚日远. 石油炼制与化工. 2014(12)
本文编号：3364724
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3364724.html
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