稻殼基活性炭吸附脫硫性能研究

范俊剛 王源 吳雪 修東輝 王強強

摘要：本文制備稻殼基活性炭，應用于含苯并噻吩模擬汽油吸附脫硫。考察KOH堿液預處理濃度影響，表明30%質量濃度的KOH溶液吸附脫硫效果最佳；考察活化時間影響，顯示1.5 h活化時間最優；考察吸附溫度影響，得到30℃下吸附脫硫性能最好，對苯并噻吩的吸附容量為2.39 mg/g。

關鍵詞：稻殼活性炭；苯并噻吩；吸附；脫硫

含硫汽油燃燒導致大氣污染問題日益嚴重，其危害主要為燃燒產生的SOx會污染大氣，產生酸雨嚴重破壞生態系統和土壤，此外含硫油品會導致輸送管線、泵和煉油設備的腐蝕，毒化汽車尾氣轉化器等，燃油脫硫研究已成為治理環境污染問題的重要內容[1]。

燃油中含硫化合物主要包括：硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物和噻吩類衍生物等，常用汽、柴油中的硫化物主要為是噻吩硫及其衍生物，脫除噻吩類硫化物是油品脫硫的關鍵。傳統加氫脫硫技術難以深度脫除油品中噻吩類硫化物；非加氫脫硫技術中的吸附脫硫技術可以選擇性深度脫除燃油中噻吩類硫化物，所應用的吸附劑主要有分子篩、氧化鋁、硅膠、活性炭等。利用果殼、稻殼等植物基制備活性炭，可應用于燃油清潔脫硫[2]。

1 實驗部分

1.1 試劑

稻殼（遼寧盤錦），氫氧化鉀（天津市永大化學試劑有限公司），苯并噻吩（BT）、正庚烷、鹽酸（國藥集團化學試劑有限公司），以上試劑均為分析純。

1.2 稻殼活性炭制備

利用去離子水洗滌稻殼原料，干燥后將其置于真空管式爐，在N2氣氛下500 ℃左右炭化約4小時，將炭化稻殼浸于一定質量濃度KOH溶液中去除灰分后，置于真空干燥箱12小時，利用真空管式爐在N2保護下約750 ℃活化1.5小時，產物利用鹽酸和去離子水洗滌至中性，干燥后得到稻殼基活性炭吸附劑。

1.3 吸附劑脫硫性能評價

將苯并噻吩溶于正庚烷中，配制含硫量200μg/g的模擬油。按一定吸附劑：模擬油混合質量比進行靜態吸附實驗，采用安捷倫7890A氣相色譜測定溶液中含硫量，利用以下公式計算吸附硫容：

（1）

式中：qe為平衡吸附硫容，mg/g；c0及ce分別為模擬油初始及平衡硫濃度，mg/g；ma、mb分別為模擬油及吸附劑質量，g。

2 結果與討論

2.1 KOH質量濃度影響

利用不同質量濃度的KOH溶液浸泡炭化稻殼，經高溫活化制得稻殼活性炭，對含苯并噻吩模擬油進行靜態吸附，從圖1可看出：隨KOH溶液質量濃度提升，稻殼活性炭對苯并噻吩的平衡吸附硫容隨之升高，這是因為KOH去灰過程導致炭化稻殼孔道數量增加，增加了制得活性炭的總比表面積，增強吸附脫硫性能；KOH質量濃度繼續升高，稻殼活性炭的平衡吸附硫容迅速降低，這是因為KOH溶液質量濃度過高，過度刻蝕稻殼炭化結構，使稻殼活性炭的平均孔徑增大，總比表面積變小，吸附脫硫性能減弱。30%質量濃度KOH溶液處理制得稻殼活性炭吸附脫硫性能最佳。

2.2 活化時間影響

用30%質量濃度的KOH溶液浸泡處理的炭化稻殼，在真空管式爐750℃下焙燒活化0.5-2.5h，制得稻殼活性炭對含苯并噻吩模擬油進行靜態吸附，由圖2可知：稻殼活性炭對模擬油中苯并噻吩的吸附性能，在1.5h處達到最高，活化時間過低或者過長都不利于生成稻殼活性炭最佳吸附表面。

2.3吸附溫度影響

由圖3可知，在一定的吸附溫度范圍內，隨著溫度的提高，稻殼活性炭吸附苯并噻吩的平衡吸附硫容逐漸上升，在30℃達到最高值2.39mg/g，隨后呈下降趨勢。因為常溫下稻殼活性炭吸附苯并噻吩主要為物理吸附過程，溫度過高不利于其吸附脫硫性能。

3 結論

（1）利用稻殼材料經炭化、堿洗及焙燒活化，制得稻殼基活性炭，可應用于含苯并噻吩的模擬油吸附脫硫過程，其平衡吸附硫容達2.39 mg/g；

（2）最佳堿液質量濃度、焙燒活化時間分別為30%、1.5小時，吸附脫硫過程主要為物理吸附，30 ℃為最優吸附溫度。

參考文獻：

[1]楊浩，王建紅，程凱鵬，等.燃油脫硫技術研究進展[J].化學研究，2013（6）：639-642.

[2]石亞華.石油加工過程中的脫硫[M].北京：中國石化出版社，2009.

作者簡介：范俊剛（1976-）男，吉林省琿春市人，副教授，從事化工分離技術研究。