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改性吸附剂的制备及其深度脱硫性能的多维度探究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球工业化进程的加速，人们对能源的需求日益增长，同时对环境保护的关注度也在不断提高。在众多能源中，石油及其制品作为重要的能源来源，在工业生产、交通运输等领域发挥着不可或缺的作用。然而，石油中含有的硫化物在燃烧过程中会产生二氧化硫等有害气体，这些气体不仅会对大气环境造成严重污染，形成酸雨、雾霾等环境问题，危害生态平衡和人类健康，还会导致汽车尾气排放超标，影响空气质量，不符合环保法规的要求。此外，硫化物还会使催化剂中毒，降低工业生产中各种催化反应的效率和选择性，增加生产成本。

吸附脱硫作为一种重要的脱硫技术，因其具有操作条件温和、能耗低、不改变油品性质等优点，成为研究的热点。吸附剂的性能直接影响着脱硫效果，传统的吸附剂在面对日益严格的环保标准时，其深度脱硫性能逐渐难以满足要求。因此，开发高性能的改性吸附剂，提高其深度脱硫性能，对于减少石油产品中的硫含量，降低环境污染，保障工业生产的高效稳定运行具有重要的现实意义。从工业生产角度来看，高效的吸附剂可以提高油品质量，降低后续处理成本，增强产品竞争力；从环境保护角度出发，深度脱硫能够有效减少有害气体排放，改善空气质量，保护生态环境，实现可持续发展。

1.2国内外研究现状

国内外众多学者在吸附剂改性及深度脱硫性能方面开展了广泛而深入的研究，并取得了一系列有价值的成果。在分子筛吸附剂方面，20世纪60年代便开始使用分子筛吸附剂选择性地脱除烃类中的硫醇、二硫化物等硫化物。当前常用的分子筛基吸附剂有A、X、Y、MCM-41、ZSM-5型等。由于单纯的分子筛吸附基本属于物理吸附，吸附过程极易达到平衡，难以实现深度脱除含硫化合物的目的。为提高分子筛吸附剂的吸附容量及吸附脱硫性能，研究人员致力于采用不同方法来改性分子筛，如在沸石分子筛上负载某些具有较高电荷半径比（即具有较高的正电场）的过渡金属离子，以增加吸附剂对硫化物的吸附能力。在固定床上，ZSM-5沸石对噻吩的选择性高于对苯的选择性，可用CuY、AgY等系列改性沸石吸附剂，选择性地脱除液体燃料中的稠环噻吩类含硫化合物。

在金属氧化物吸附剂领域，研究人员对不同族单金属氧化物和MoO3的二元复合氧化物吸附剂对FCC汽油中含硫化合物的脱除能力进行了考察。实验结果表明，MoO3脱硫后硫质量分数为172.2μg/g，CuO-MoO3能使脱硫后硫质量分数减少至120.3μg/g，用Ni改性MoO3效果最好，最佳金属负载量约为3％，脱硫后硫质量分数达到50.6μg/g。

活性炭吸附剂也受到了广泛关注。因其具有比表面积大、表面活性基团丰富等优点，成为近年来研究的热点。Bashkova等进行了用活性炭吸附甲硫醇的实验，YahiaAAlhamed等用颗粒状活性炭对由正癸烷和二苯并噻吩（DBT）组成的模拟柴油吸附脱硫。研究人员采用不同方法改性活性炭为吸附剂，研究改性工艺条件对吸附剂脱硫的影响，发现改性后的活性炭吸附性能的提高主要源于其表面酸性官能团的增加以及改性离子与二苯并噻吩的相互作用。

尽管国内外在吸附剂改性及深度脱硫性能研究方面取得了一定进展，但当前研究仍存在一些不足之处。部分吸附剂对硫化物的吸附选择性和吸附容量较低，难以满足深度脱硫的需求；一些吸附剂在临氢反应吸附中，会导致烯烃和芳烃饱和，进而造成辛烷值损失超过1个单位，影响油品质量；还有一些吸附剂的制备过程复杂，成本较高，且操作条件苛刻，氢耗高，能耗高，操作费用高，限制了其大规模工业应用。因此，开发具有高吸附选择性、高吸附容量、低辛烷值损失且制备成本低、操作条件温和的吸附剂仍然是当前研究亟待解决的问题。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括以下几个方面：

改性吸附剂的制备：选择合适的吸附剂基体材料，如分子筛、活性炭、金属氧化物等，采用化学改性、物理改性或二者相结合的方法对其进行改性处理。通过优化改性条件，如改性剂种类、用量、改性温度、时间等，制备出具有高吸附性能的改性吸附剂。

改性吸附剂的性能表征：运用多种表征手段，如扫描电子显微镜（SEM）观察吸附剂的表面形貌和微观结构；X射线衍射（XRD）分析吸附剂的晶体结构；傅里叶变换红外光谱（FTIR）确定吸附剂表面的官能团种类和变化；氮气吸附-脱附测定吸附剂的比表面积、孔容和孔径分布等，深入了解改性前后吸附剂的结构和性质变化，为脱硫性能研究提供理论基础。

改性吸附剂的脱硫性能研究：以模拟油品或实际油品为研究对象，在固定床反应器或其他合适的反应装置中，考察改性吸附剂的脱硫性能。研究不同因素，如吸附温度、压力、空速、吸附剂用量、油品组成等对脱硫效果的影响规律。通过分析脱硫前后油品中硫含量的变化，评价改