沸石分子篩離子交換及其對HC化合物的吸附性能研究.pdf

1、車輛污染物主要包括一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锏?隨著人們環(huán)保和健康意識的提高,國家逐步制定了越來越嚴(yán)格的車輛污染物排放標(biāo)準(zhǔn),未來的低排、減排標(biāo)準(zhǔn)尤其要求汽車在冷啟動過程中的CH排放必須達(dá)標(biāo)。目前,解決方法之一是使用CH吸附材料將冷啟動時排放的HC化合物暫時儲存起來,當(dāng)溫度升高到三效催化劑的工作溫度時,再將其釋放出來。沸石分子篩以其高溫?zé)岱€(wěn)定性、吸附容量高等性能成為吸附分離首選吸附劑之一。因此,研究沸石分子篩對CH化合物的吸附性能對C

2、H捕獲器的設(shè)計具有重要的意義。
　　 本課題主要通過考察各種沸石吸附劑對C3Hg吸附的穿透曲線和程序升溫脫附曲線,研究了這些沸石分子篩對C3H8氣體的吸附性能。通過金屬離子交換改性改變13X型沸石分子篩的微觀結(jié)構(gòu)和吸附性能。重點研究了K+、Ag+、Ba2+、Ce3+、Li+、Mn2+對13X型沸石分子篩離子交換后的晶體結(jié)構(gòu)變化及它們對C3H8的吸附性能的影響;以及交換溶液濃度、交換時間、焙燒溫度、雙金屬離子交換等對離子交換度及1

3、3X沸石分子篩對C3H8的吸附性能的影響。
　　 1.各種沸石分子篩對C3H8氣體的吸附性能對比
　　 通過對SAPO-5、SAPO-34、MCM-41、13X、5A、ZSM-5沸石吸附劑丙烷吸附穿透曲線的考察可知:SAPO-5低硅鋁比的樣品在吸附強度和吸附容量上都優(yōu)于高硅鋁比的樣品;SAPO-34在吸附強度和吸附容量上高硅鋁比的樣品優(yōu)于低硅鋁比的樣品;5A的延遲時間要長于4A和3A,并且它的吸附容量高于4A和3A;在Z

4、SM-5分子篩中ZSM-5-4的延遲時間最長;MCM-41吸附性能接近于SAPO-34;13X與南開5A的吸附量相當(dāng);總之,SAPO-5、SAPO-34、MCM-41的吸附量很小,13X和5A是對C3H8吸附材料的首選。
　　 由沸石吸附劑對C3H8的TPD可知:各種類型樣品中對丙烷分子的吸附量最大的是:ZSM-5-3,南開5A,13X;在丙烷在各種材料的脫附溫度看,13X和5A比較高(430℃)。
　　 經(jīng)銀、鋇離子交

5、換的5A分子篩跟未改性的5A相比較,低溫下的弱脫附峰變小,高溫下的強脫附峰變大。因此銀、鋇離子交換的5A分子篩比未改性的5A具有更高的脫附溫度。經(jīng)銀離子交換的13X,5A沸石分子篩的TPD實驗表明:離子交換改性能提高它們的C3H8的脫附溫度或吸附容量。
　　 2.考察13X分子篩離子交換改性對吸附性能的影響
　　 從離子交換改性后13X分子篩XRD譜圖可知:衍射峰的數(shù)目和強度都變化不大。未影響骨架結(jié)構(gòu),只是改變沸石分子篩

6、局部孔道。
　　 鉀、銀離子改性的13X分子篩的C3H8-TPD跟13X的C3H9-TPD很相似,有低溫下的弱脫附峰和高溫下的強脫附峰,但K-13X的吸附容量有所降低。錳離子改性的13X分子篩總吸附容量變小。鈰、鋰、鋇離子改性的13X在低溫下的弱脫附峰變小,高溫強脫附峰變大。它們的開始脫附的溫度達(dá)到300℃,高于三效催化劑的啟燃溫度225℃。
　　 銀離子改性的13X分子篩中隨著銀離子交換濃度的增加,高溫下的強脫附峰基本

7、不變,而低溫下的弱脫附峰卻逐漸增大,致使沸石分子篩總吸附容量也增大。分析表明:銀離子交換可能只發(fā)生在13X分子篩的表面,且隨表面銀的增加,銀可以成為C3H8的活性吸附位。
　　 鈰離子改性的13X分子篩隨著鈰離子交換濃度的增加,離子交換度增加(76.60％),高溫脫附量也增加。因此Ce離子交換能增加13X沸石分子篩對丙烷的脫附溫度。
　　 鋇離子交換度高的13X分子篩比未改性的13X分子篩有較大的峰值和面積,也大于Ag-

8、13X的峰值(1.1)和面積。高離子交換度的Ba-13X沸石分子篩,不僅使13X沸石分子篩總吸附容量增加,而且在570℃有更高的脫附峰。因此Ba離子交換對增加13X沸石分子篩對丙烷的吸附性能效果顯著。
　　 隨著離子的交換時間的增加,樣品的離子交換度增加,脫附量也增加。隨著焙燒溫度的增加,鈰離子改性13X沸石分子篩樣品的離子交換度降低,但脫附量先增加后減小。雙金屬離子交換的13X沸石分子篩對C3H8的吸附性能介于兩種單離子交換的