微波負載AgNO3用于乙烯/乙烷分離的研究

肖樹萌 ，鐘東文 ，韓 雪，黨亞固*

(1．中國石油化工股份有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525000；2.四川大學 化學工程學院，四川 成都 610065)

微波負載AgNO3用于乙烯/乙烷分離的研究

肖樹萌1，鐘東文1，韓 雪2，黨亞固2*

(1．中國石油化工股份有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525000；2.四川大學 化學工程學院，四川 成都 610065)

采用溶液浸漬法將AgNO3負載于細孔硅膠載體，并通過微波方式進行強化分散制備AgNO3/SiO2乙烯絡合吸附劑,考察不同微波時間AgNO3/SiO2對乙烯/乙烷的分離效果。通過紅外光譜(IR)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)對吸附劑進行表征。負載AgNO3后微波10min，在25℃，0.5MPa吸附條件下， AgNO3/SiO2吸附劑對乙烯的吸附量達到42.85mL/g,吸附選擇系數提高至2.82，具有良好的工業應用前景。

微波；吸附分離；乙烯；乙烷

煉油廠干氣中含有大量甲烷、乙烯、乙烷等輕烴資源[1-2]，將其回收提濃，具有較大的經濟價值，變壓吸附分離技術[3-4]由于工藝簡單，投資少，能耗低，是一種經濟可行的方法。該工藝開發的核心是相應絡合吸附劑的研究[5]。采用硅膠[6]為載體，根據π絡合原理[7-10],負載AgNO3[11-14]助劑，可以制備出適宜的吸附分離劑。微波處理[15]可以強化分散AgNO3在SiO2載體的分散，提高吸附分離性能。本文研究了微波處理對AgNO3/SiO2絡合吸附劑制備的影響，采用紅外光譜(IR)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等對吸附劑進行表征，并測定其吸附等溫線，研究結果具有較大的應用價值。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品

細孔硅膠，AR，青島海化特種硅膠有限公司；AgNO3，AR，成都市科龍化工試劑廠。

2.2 吸附劑的制備

采用等體積浸漬法在硅膠載體上負載AgNO3溶液，真空干燥2h，放入家用微波爐進行微波強化分散，冷卻至室溫即制備出AgNO3/SiO2絡合吸附劑，避光保存。

3 結果與討論

3.1 AgNO3/SiO2絡合吸附劑樣品的分析

對AgNO3/SiO2絡合吸附劑進行了X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(IR)分析,如圖1～圖3所示。XRD使用日本理學公司的D/MAX-2500型衍射儀，Cu 靶，Kα輻射源,工作電壓為40kV，工作電流為100mA，掃描范圍為5～80°。SEM在日本JEOL公司的JSM-7500F型場發射掃描電子顯微鏡中進行，放大倍數為2萬至10萬倍。IR在美國Perkin Elmer公司Spectrum Two L1600300型傅里葉紅外光譜儀進行分析，光譜波數范圍為4000-400 cm-1，光譜分辨率為0.5 cm。

圖中微波時間為a： 0min，b：10min，c：20min，d：30min圖1 不同微波時間AgNO3/SiO2絡合吸附劑XRD圖譜Fig.1 The XRD pattern of different microwave time AgNO3/SiO2

XRD可以反應出Ag在SiO2的分散情況，如圖1所示，微波時間從0增至10min，AgNO3特征晶相峰強度減弱，晶相峰已不明顯，表明微波處理可以加強Ag+在SiO2上的分散。20min時，出現了較明顯的Ag2O特征晶相峰，應該分解產生了Ag2O；微波時間為30min時，XRD圖譜上幾乎已觀察不到任何特征峰。Ag2O完全分解為單質Ag，且在載體上分散效果較好，各特征晶相峰均看不見了。由此可見，微波時間為10min，AgNO3分散效果最佳。

圖中放大倍數為2萬倍圖2 AgNO3/SiO2絡合吸附劑SEM圖Fig.2 The SEM of AgNO3/SiO2 complexation adsorbent

對微波10min的AgNO3/SiO2絡合吸附劑進行形貌觀察，如圖2所示。可觀測到AgNO3/SiO2絡合吸附劑表面除出現少數AgNO3小顆粒外，大部分AgNO3分散較為均勻，證實了前述XRD結果。

微波時間 a： 0min，b ：10min，c ：20min，d ：30min圖3 不同微波時間硅膠載體IR圖譜Fig.3 The IR spectrogram of different microwave time SiO2 substrates

由圖3可見，微波加熱10min、20min、30min的硅膠與為微波硅膠載體均在3500cm-1，1100cm-1、800cm-1及450cm-1處出現硅膠紅外光譜特征吸收峰，吸收譜帶一致，說明載體硅膠經過微波后，結構并未發生變化。由于負載型吸附劑在微波加熱過程中存在著熱點和表面效應[15]。一定微波時間內，能使載體表面上某些點發熱而本身體相溫度基本不變，這樣既能加快AgNO3在硅膠表面的分散，又能避免載體硅膠骨架在高溫下坍塌。但若微波時間過長，體系溫度達到均一后，載體結構可能發生改變，進而影響AgNO3的分散。可以看出，微波10min比較有利于AgNO3在硅膠表面的均勻分散。

3.2 吸附性能測試

C2H4吸附屬于絡合吸附，其吸附中心位于Ag+上[12]，Ag+分散越好，越有利于其吸附和分離。不同微波時間的 AgNO3/SiO2吸附劑對乙烯吸附性能如圖4。

圖4 25℃時C2H4在不同微波時間 AgNO3/SiO2上的吸附等溫線Fig.4 The adsorption isotherm of different microwave time AgNO3/SiO2 for C2H4 at 25℃

由圖4可知，微波強化分散可以提高C2H4吸附量，且微波時間為10min的樣品吸附量最大。為了更直觀的看出其趨勢，將吸附壓力為0.5MPa條件下對乙烯的吸附量繪制成圖，結果見圖5。

圖5 25℃，0.5MPa時C2H4在 不同微波時間AgNO3/SiO2上的吸附量

Fig.5 The amount adsorbed of different microwavetime AgNO3/SiO2for C2H4at 25℃，0.5MPa

圖6為微波處理10minAgNO3/SiO2和空白SiO2對乙烯乙烷吸附等溫線，由圖可見，經過微波處理AgNO3/SiO2對C2H4的吸附容量增大，C2H6的吸附容量減小，在25℃，0.5MPa條件下，微波處理后AgNO3/SiO2對乙烯的吸附量從28.16mL/g增大到42.85mL/g，分離系數由1.37提高至2.82。可見微波處理增強了Ag+在載體上面的分布，明顯改善了其吸附分離效果。

圖6 25℃時C2H4和C2H6在微波加熱10minAgNO3/SiO2和空白SiO2上的吸附等溫線(Figure 6 The adsorption isotherm of microwave heating 10 min AgNO3/SiO2and SiO2for C2H4and C2H6at 25℃

4 結語

研究了微波處理對AgNO3/SiO2π絡合吸附劑的增強效果，微波處理可以明顯增強Ag在載體表面的分散，提高乙烯的吸附量和乙烯/乙烷的分離系數。適宜的微波時間為10min，在25℃，0.5MPa吸附條件下，乙烯的吸附量可達42.85mL/g，選擇性達2.82。

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(本文文獻格式：肖樹萌 ，鐘東文 ，韓 雪，等.微波負載AgNO3用于乙烯/乙烷分離的研究[J].山東化工，2017，46(12)：50-52.)

Microwave Load Silver Nitrate Used in Separation of Ethylene and Ethane

XiaoShumeng1，ZhongDongwen1,HanXue2,DangYagu2

(1.Maoming Branch of SINOPEC, Maoming 525000, China;2.Department of Chemical Engineering Sichuan University, Chengdu 610065, China)

The AgNO3/SiO2adsorbent was prepared by loading silver nitrate on the fine pored silica gel substrate through solution impregnation method and dispersing through microwave heating, and exploring AgNO3/SiO2adsorbent which microwave heating at different time for ethylene and ethane separation effect. Then characterizations like infrared spectroscopy(IR), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) were tested. The adsorbent which loading silver nitrate and microwave heating at 10 min, the amount adsorbed and adsorption selectivity of AgNO3/SiO2for ethylene is 42.85mL/g and 2.82 at 298K,0.5MPa. It has a good prospect of industrial application.

microwave; adsorption separation; ethylene; ethane

2017-04-14

肖樹萌(1971—)，廣東茂名人，學士，高級工程師，主要從事茂名石化科研技術管理工作；通信作者：黨亞固(1969—)，四川成都人，四川大學副教授，從事化工工藝、分離工程等的研究。

TQ221.21+1

A

1008-021X(2017)12-0050-03