通常存在于液體燃料中的含硫化合物以有害的硫氧化物的形式釋放到空氣中，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。為了消除燃料中的含硫物質(zhì)含量，已經(jīng)開發(fā)了各種脫硫方法。在這里，我們展示了一類新的活性炭材料，用于顯著吸附二苯并噻吩(DBT)。并在各種實(shí)驗(yàn)條件下除去模型油中的DBT，包括在不同溫度下獲得的吸附劑，吸附劑的量，DBT初始濃度，再生方法以及干擾物質(zhì)。

　　活性炭的脫硫性能

　　首先實(shí)驗(yàn)的測試方法是使用模型油(在十二烷中含有200ppmw DBT)使用儀器評估活性炭對二苯并噻吩的吸附容量。吸附容量(q)定義為每克吸附劑的mg DBT。實(shí)驗(yàn)表明活性炭的吸附容量在最初的5分鐘內(nèi)迅速增加，在最初的20分鐘內(nèi)幾乎達(dá)到平衡，表明吸附過程很快發(fā)生。此外，我們發(fā)現(xiàn)活性炭對DBT都具有中等至優(yōu)異的吸附能力，而吸附性能取決于吸附劑的形態(tài)和組分。由于足夠量的活性炭可以確保含硫化合物的充分吸附。然后，使用不同量的吸附劑來研究活性炭對DBT的吸附效率與模型油中的時間的關(guān)系，如圖1所示在DBT濃度恒定下，隨著吸收劑量的進(jìn)一步增加，脫硫效率增加并在吸附劑的量增加至30mg后達(dá)到平衡值，表明發(fā)生了DBT的充分吸附�？梢匀菀椎乩斫膺@種現(xiàn)象，即吸附劑表面積的增加導(dǎo)致可用吸附位點(diǎn)的增加。此外，與另外兩種較低量的吸收劑相比，可以觀察到30mg吸收劑的快速平衡時間，這意味著吸收劑的量更高，能夠?qū)崿F(xiàn)充分和快速的吸附。我們注意到即使接觸時間增加，對于30mg吸附劑，可以觀察到可忽略的進(jìn)一步吸附效率增強(qiáng)。這是因?yàn)槲�附位點(diǎn)彼此重疊，這降低了DBT進(jìn)入吸附劑吸附位點(diǎn)的通路，并導(dǎo)致擴(kuò)散過程的困難。這些觀察結(jié)果與以前研究的吸附芳香族化合物的觀察結(jié)果一致。

　　圖1.不同量的活性炭[10mg(紅線)20mg(黑線)30mg(藍(lán)線)]對DBT的吸附效率。

　　此外，進(jìn)行了進(jìn)一步的討論以獲得對吸附脫硫機(jī)制的深刻理解，因?yàn)楦鞣N因素影響吸附過程�？赡苡绊懳�附容量的最重要因素是上述吸附劑的高表面積和孔體積�？紤]到所有吸附劑，吸附劑中高表面積的存在有助于DBT的吸附，導(dǎo)致更大的硫容量。在活性炭中觀察到約4nm的微孔和10-40nm的中孔，構(gòu)成微孔和中孔結(jié)構(gòu)，有利于DBT的吸附和擴(kuò)散，從而產(chǎn)生脫硫效率高。然而，我們發(fā)現(xiàn)隨著煅燒溫度的升高，DBT的吸附能力大幅度增加。

　　DBT濃度對脫硫性能的影響

　　鑒于高濃度提供更多接觸位點(diǎn)并且通常導(dǎo)致高硫容量的事實(shí)，因此使用高原始濃度以在實(shí)驗(yàn)方面獲得高吸附容量。為了解決這個問題，我們研究了當(dāng)原始濃度范圍為200至1000 ppmw DBT時活性炭的ADS性能，并發(fā)現(xiàn)活性炭對DBT的最大吸附容量在平衡狀態(tài)下，隨著DBT濃度從200增加到1000ppmw，這是因?yàn)樵�始階段的高濃度通常會促使油相和固相之間的質(zhì)量傳遞。然而，發(fā)現(xiàn)吸附效率隨著原始DBT濃度的增加而降低，如圖2所示。這種現(xiàn)象很容易理解，因?yàn)槌跏紳舛鹊�，能夠有效獲得吸附位點(diǎn)，DBT可以很容易地被吸附，而在較高的原始濃度下，整個吸附位點(diǎn)受到限制，從而導(dǎo)致吸附不足和脫硫效率降低。

　　圖2.在不同硫初始濃度下活性炭對DBT的吸附容量。

　　再生性能

　　在吸附脫硫中使用的各種方法中，溶劑萃取和熱處理被認(rèn)為是常用的再生方法。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，溶劑萃取和熱處理都用于研究活性炭的再生性能。關(guān)于溶劑萃取方法，在第一次吸附循環(huán)完成后，通過外部磁體收集活性炭，并通過添加甲醇作為萃取溶劑進(jìn)行洗滌。然后，將活性炭干燥用于下一次運(yùn)行。如在示出的圖3，它被發(fā)現(xiàn)的活性炭可在前兩次運(yùn)行時通過溶劑洗滌輕松再生。這可能是因?yàn)槲锢砦�附在吸附過程中占主導(dǎo)地位，并且由污染引起的大多數(shù)失活吸附劑可以通過溶劑萃取方法在初始循環(huán)中再生。然而，在連續(xù)五次再生操作后，吸附劑與新鮮吸附劑保持67%的初始脫硫效率(相當(dāng)于20.22mg DBT/g)。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，活性更高的位點(diǎn)與DBT相互作用，并且后一次運(yùn)行留下的活性位點(diǎn)更少，從而導(dǎo)致隨后的再生運(yùn)行中脫硫效率降低。為了提高活性炭吸附劑的再生效果，引入了熱處理方法。通過溶劑萃取再生后，將獲得的活性炭在氮?dú)夥障略?50℃下活化1小時來恢復(fù)活性。

　　圖3.使用溶劑萃取和熱處理的活性炭再生能力。

　　干擾實(shí)驗(yàn)

　　通常，燃料中的芳族分子和含硫化合物阻礙吸附劑向目標(biāo)分子的選擇性吸附。因此，應(yīng)詳細(xì)研究這些化合物的影響，以實(shí)現(xiàn)深度脫硫。因?yàn)榉枷阕宸肿犹烊淮嬖谟谌剂现�，所以在芳香族分子共存的情況下有效去除DBT是一個迫切的問題。通過活性炭研究了在四氫化萘存在下DBT的吸附去除。圖4表明通過增加四氫萘的比例可以降低吸附容量，這可能是因?yàn)镈BT和四氫萘在吸附過程中相互競爭。當(dāng)四氫萘的百分比達(dá)到10%時，觀察到DBT吸附容量從30.42下降到19.94mg DBT/g，當(dāng)四氫萘的比例從10%增加到20%時，DBT吸附量下降相對較慢。觀察到19.94至13.25mg DBT/g。這種抗干擾現(xiàn)象優(yōu)于報(bào)道的使用氮化硼作為吸附劑的結(jié)果，其中在干擾物質(zhì)存在下DBT吸附性能降低了23%。在四氫化萘存在下降低的吸附容量可歸因于四氫化萘易于與活性炭中的碳平面形成π-π相互作用。

　　圖4.在具有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的四氫化萘存在下活性炭對DBT的吸附容量。

　　總之，這款新的活性炭材料已成功制備并用于在溫和條件下除去DBT。活性炭具有磁性，多孔結(jié)構(gòu)和金屬離子作為活性位點(diǎn)。孔隙結(jié)構(gòu)通過物理吸附對DBT的吸附解吸作用有很大貢獻(xiàn)，而金屬離子作為活性位點(diǎn)，負(fù)責(zé)化學(xué)吸附。通過整合兩種吸附過程的組合，獲得了增強(qiáng)的吸附性能提高了脫硫率，并且獲得了相對高的DBT選擇性，比其他常用吸附劑要更好用。此外，這款活性炭可以很容易地回收，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可以通過磁鐵進(jìn)行回收，反復(fù)五次吸附不會有明顯的吸附效率損失，大大簡化了操作程序。通過整合所制備方法的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境優(yōu)點(diǎn)，易于制備程序和環(huán)境相容性的優(yōu)點(diǎn)這款活性炭很適合實(shí)際應(yīng)用。

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