活性炭作为催化剂的应用—氧化及氧化脱氢反应
时间:2023-11-09 会见量:7312
1.氧化反应
(1)活性炭催化剂在柴油脱硫中的应用 现在,由于情形规则日益严酷,柴油超深度脱硫已成为很是紧迫而急需解决的天下性研究课题;在氢源燃料电池系统中,要求必 须使用泉源于超低硫或无硫燃料油的氢。只管古板的加氢脱硫能很是有用地脱除大部分含硫化物,可是加氢脱硫手艺对条件要求苛刻,如:高温、高压、氢情形以及贵金属催化剂,装备投资和操作用度相对较量腾贵,且关于稠环噻吩类硫化物(二苯并噻吩)及其衍生物的脱除较量难题。吸附脱硫是新的有用脱除FCC柴油中硫化物的要领,具有操作简朴、投资用度少、无污染、适合于深度脱硫等优点,因此成为一项具有辽阔生长空间及应用远景的新手艺;钚蕴垦趸男远酝蚜蚵实挠跋彀聪铝兴承蜃洌号蛩幔九ㄏ跛幔竟硫酸铵>过氧化氢(30%)>高锰酸钾水溶液。在所考察的改性要领中,以硫酸(或硫酸组合其他要领)改性活性炭的脱硫效果最佳,活性炭的硫容量从改性前的0.0240克硫/克吸附剂提高到0.0529克硫/克吸附剂。对所研究的加氢处置惩罚柴油,硫的脱除率从未改性活性炭的23.3%上升到硫酸改性活性炭的32.5%。别的,通过选择催化氧化将柴油中的硫化物转化成响应的砜后,再通过萃。ㄎ剑,可以实现柴油的超深度脱硫,而油品性子不爆发改变。尚有研究效果批注,活性炭的中孔孔容和外貌含氧基团量的增添可以提高二苯并噻吩在改性活性炭上的吸附容量。
随着科技的生长,加氢脱硫-非加氢脱硫(吸附脱硫)手艺得以开发,其中非加氢脱硫手艺主要使用活性炭作为吸附剂。Sano等[21]运用加氢脱硫和两段吸附脱硫联用的要领来脱除柴油中的硫化物。加氢脱硫所用的催化剂是将Co、Mo负载在由SiO2和Al2O3组成的混淆物上制备而成,吸附脱硫所用的吸附剂是活性碳纤维(ACF),在真空条件下110℃干燥2h,吸附温度为30~70℃。该工艺历程是首先使用的活性碳纤维对硫含量约为1200μg/g的柴油举行预处置惩罚,然后接纳加氢脱硫除去大部分硫化物,可以使柴油中的硫含量降低到300μg/g以下,最后通过活性碳纤维吸附剂,将加氢难以脱除的硫化物除去,进而将柴油中的硫含量降低至10μg/g以下。在该工艺历程中,第一段对柴油举行预处置惩罚所用的吸附剂是第三段吸附脱硫使用后再生的活性碳纤维,脱硫剂的再生是接纳甲苯等有机溶剂举行的。
用5A分子筛、13X分子筛和活性炭吸附脱除馏分油中的硫化物。效果批注,13X分子筛的脱硫作用主要适用于硫含量低于50μg/g的油,活性炭的脱硫作用主要适用于硫含量高于50μg/g的油,而5A分子筛不适于吸附脱除其中的含硫化合物,研究以为13X分子筛在较高硫含量的油中吸附效果不佳的缘故原由是芳香族化合物和硫化物保存对吸附位的竞争,他们对活性炭和13X分子筛吸附脱除油中硫化物举行较量,效果批注,在80℃、硫含量550μg/g时,活性炭对硫化物的吸附能力是13X分子筛的3倍,而在20℃、硫含量50μg/g时,13X分子筛对硫化物的吸附能力是活性炭的1.6倍。因此得出活性炭在温度较高、硫化物浓度较高时较适用,而分子筛在情形温度较低、硫化物浓度较低时较适用,活性炭和分子筛的两段吸附法是脱除硫化物的新思绪。
(2)一氧化氮的氧化一氧化氮的氧化纵然在常温下也可以举行,因反应速率很大,经常被用来作为硝酸制造历程或排烟脱硝历程的基本反应。可是水蒸气对该反应有显着的迫害作用。金属离子由低原子价向高原子价的氧化反应,有Fe2+、Sn2+、Ce2+、Pd°、Hg+等。
2.氧化脱氢反应
由活性炭举行的氧化脱氢反应的基本特征是反应的温度低(250~400℃),且其反应性受反应物影响不大。特殊是烷烃的氧化脱氢反应,在金属或金属氧化物催化剂上举行是相当难题的,而活性炭对此却有特异的催化作用。异戊烷最初被争取的氢(叔氢)的键离解能约莫为85kcal/mol,但当活性炭催化时表观活化能显著降低为约15kcal/mol,批注活性炭具有特殊的脱氢作用。总的来说,在活性炭上举行的氧化脱氢反应,虽然选择性不太高(约80%),但若能抑制完全氧化的副反应,则具有很强的适用性。
3.脱氢反应
关于脂环式碳氢化合物的催化脱氢反应早有报道,脂肪族碳氢化合物或醇的脱氢反应尤其引人注重;钚蕴看呋猎谡饫喾从χ兴洳痪哂泻筒褰鹗敉叩拇呋钚,但比氧化铬系催化剂的活性要高得多,纵然在450℃温度下,也具有相当快的反应速率。表7-3体现了种种碳氢化合物的脱氢反应效果。并且,若是在活性炭中添加种种过渡性金属,纵然该过渡金属自己不具有脱氢活性,活性炭催化剂的脱氢能力也会上升数倍;钚蕴看呋恋奶卣魇谴诱庵痔悸然衔锷险∏獾哪芰芮。一样平常以为,从催化剂上氢的脱离速率是决议反应的办法(即反应的律速阶段)。因此,其反应的历程可以推断为如式(7-7)~式(7-9)。以是,若是脱氢反应系统中同时保存氧、乙烯、二氧化硫、一氧化氮等氢的吸收体,反应将会被显著地催化,同时表观活化能也从约莫 25kcal/mol 降低到15kcal/mol。
RH+2X·→R-X+X-H (7-7)
R-X→R'(烯烃)+X-H (7-8)
2X-H-→2X·+H2(律速阶段) (7-9)
表7-3 种种碳氯化合物用活性炭催化剂的脱氢反应
注:1.反应温度为455℃。
2.W/F为30g·h/mol.
4.其他反应
除了上述一些反应外,在醇的脱水反应、氢-氘交流反应、外消旋(作用)反应、加氢裂化反应和酯化反应等活性炭也获得普遍应用。