AgY分子筛与甲烷中有机硫化物相互作用研究

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翻新时间：2023-08-07

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AgY分子筛与甲烷中有机硫化物相互作用研究

摘要：为了探讨在吸附分离过程中吸附剂与吸附质之间的相互作用，采用溶液离子交换法制备AgY分子筛，研究了动态与静态条件下二甲基硫醚（DMS）和乙硫醇（EM）在AgY分子筛上的吸附作用，再利用X射线光电子能谱（XPS）和傅立叶变换红外光谱（FT-IR）方法对AgY分子筛与DMS和EM间的相互作用进行了研究。结果表明：DMS在AgY表面的吸附较弱，在减压条件下即可从AgY表面脱除，而EM则通过-S-Ag键产生较强的吸附作用。这种差异是由DMS与EM的分子中S元素电荷密度的不同引起的。

关键词：AgY分子筛；二甲基硫醚；乙硫醇；吸附；相互作用模式

中图分类号：O647.3文献标志码：A

基金项目：国家自然科学基金资助项目（21071004）

能源短缺与环境污染是人类急需解决的两大问题。利用洁净能源和保护环境已成为当今国际社会的共识。燃料电池作为高效无污染能源设备受到广泛重视。

甲烷可通过重整制氢或直接作为电池的燃料使用。甲烷除了具有高的H/C比外，还因为它广泛的来源――天然气、生物气和煤层气等。然而这些燃料气中常含有硫化物，包括无机硫和有机硫两种形态。它们在燃烧过程中产生的SO 2严重污染空气，或作为毒物降低催化剂的活性。在燃料电池中，要求燃料中硫体积分数小于0.1×10-6[1-4]。

1实验部分

1.1AgY分子筛的准备

AgY分子筛对硫化物的动态吸附在一管式反应器中进行。反应器内吸附剂层高度5cm。含有一定浓度的二甲基硫醚（DMS）和乙硫醇（EM）的甲烷气以体积空速31500h-1通过吸附层。吸附在常压下进行，DMS和EM浓度通过气相色谱分析，FPD检测器。

静态吸附在室温下进行，0.1gAgY置于50mL容器中的玻片上，10μL的DMS或EM滴在样品旁，密封，避光，静置4h。吸附完成后将样品瓶转移到抽滤瓶内，抽负压，将未被分子筛吸附以及弱吸附的硫化物抽出。

1.3表征

2结果与讨论

2.1AgY物相结构

采用粉末X-射线衍射对Ag+交换的分子筛物相结构进行了表征（见图1）。

由图1可见，所用分子筛原料具有典型的NaY晶相结构[14]。Ag+交换后，AgY保持原有的晶相结构，但结晶度有所降低。造成这一现象的原因可能是，在离子交换过程中，AgNO 3溶液的酸性使分子筛骨架脱Al所致。

采用XPS技术对AgY的成分进行全扫描（见图2）。

结果表明，在AgY分子筛表面可观察到Si、Al、O和Ag元素，Ag/（Si+Al）摩尔比为0.12，样品中还有未被交换的Na+离子。

2.2DMS和EM在AgY上的吸附曲线

2.3吸附剂表面同吸附物种之间的相互作用

在动态吸附实验中，可观察到吸附后的AgY样品明显发暗。取吸附床层顶端样品，减压抽脱表面的弱吸附物种，分别采用FT-IR和XPS方法进行分析，结果如图4～图6所示。

3结论

在动态条件下，AgY分子筛对甲烷气中的DMS与EM均有吸附作用，但吸附量不同。AgY对DMS的吸附能力较弱，对EM的能力较强。AgY中的Ag+与DMS和EM的相互作用的差异主要取决于分子中S原子的电荷密度。DMS中的S原子上的电荷密度为正，难以同Ag+形成键合作用，它仅依靠物理吸附作用力，在减压下即可将其从吸附剂表面解吸；而EM上的S原子电荷密度为负，它通过提供电子同Ag间形成较强的化学键合作用，这种键合作用使得AgY对EM具有更强的作用力和更大的吸附容量。