稀土金屬具有選擇性好、氧化能力強、內部含有豐富的離子等優點[1], 因而在催化劑和吸附劑領域得到廣泛的應用[2,3]。稀土的加入可以增強催化劑對P、S的入侵, 防止催化劑中毒, 而在吸附劑領域則可以增強活性組分的分散度, 與活性組分發生協同作用, 從而增加吸附劑的穩定性和選擇性。不少實驗研究表明, 稀土金屬的加入具有重要的意義。
本文主要研究的是將稀土金屬鑭、鈰、鋯加入到載銅活性炭復合吸附劑中, 通過對樣品的CO穿透曲線的測試, 得到樣品的飽和吸附量, 比較得到加入不同稀土對吸附劑吸附性能的影響, 研究出優質高效的CO復合吸附劑。
1 實驗部分
本文中采用Cu Cl2為活性組分, 通過等體積浸漬法將活性組分Cu2+負載到活性炭載體上, 其中Cu Cl2與活性炭的質量比為2:5, 首先將Cu Cl2用超純水溶解, 制備得到浸漬液45m L, 再將稱量好的活性炭放入浸漬液中浸漬24h, 用真空泵除去殘存在活性炭表面的浸漬液, 放入真空干燥箱, 125℃條件下烘12h, 最后放入管式爐中He氣氛、350℃條件下煅燒4h后取出, 密封保存備用。樣品的比表面積、孔容、孔徑的分布情況和液氮的吸脫附性能曲線均采用SSA-4200型空隙比表面積分析儀測定。
2 實驗裝置流程圖
樣品對CO的吸附量大小采用圖2.1 中的裝置進行測量。裝置中的吸附塔只有第一臺投用, 塔尺寸內徑32mm, 高度350mm, 耐壓1.5MPa, 裝填吸附劑量為30g, 兩端采用石英棉固定, 將吸附劑固定在吸附塔的中間位置。
3 穿透曲線的測定
3.1 空白樣穿透曲線的測定
各個樣品對CO的穿透曲線在圖2.1的設備中測定, 一定時間對出口樣品進行取樣, 在氣相色譜儀上得到氣體的組成, 并將出口氣體的組成繪制成穿透曲線, 當流出氣體組成與入口氣體組成一致時吸附達到平衡, 此時根據各個參數, 經過積分運算可得到樣品對CO的飽和吸附量。
由圖3.1可以看出, 未經負載稀土金屬的載銅活性炭對CO的穿透時間為16min, 經過計算得到其CO飽和吸附量為32.65m L/g。
3.2 硝酸鑭的加入對穿透曲線的影響
由圖3.2可以看出, 加入硝酸鑭后的載銅活性炭對CO的穿透時間明顯延后, 為21min左右, 經過計算得到該樣品對CO的飽和吸附量為34.81m L/g。
3.3 硝酸鈰的加入對穿透曲線的影響
由圖3.3可以看出, 加入硝酸鈰后的載銅活性炭對CO的穿透時間為19min, 經過計算得到其對CO的飽和吸附量為33.43m L/g。
3.4 硝酸鋯的加入對穿透曲線的影響
由圖3.4可以看出, 加入硝酸鋯后的載銅活性炭對CO的穿透時間為18min, 經過計算得到其對CO的飽和吸附量為33.12m L/g。
表3.1 列示了經過計算得到的四種樣品的CO飽和吸附量。從表中可以看出加入任何一種稀土元素后的吸附劑對CO的飽和吸附量均大于未加入稀土的空白樣, 其中, 加入硝酸鑭的吸附劑的CO飽和吸附量達到最大值, 說明鑭金屬的加入使得吸附劑中的活性組分Cu的分散達到最佳狀態, 從而與CO結合生成絡合物的幾率增加。
3.5 比表面積、孔容和孔徑的測定
表3.2 列示了四種樣品的比表面積、孔容和孔徑的分布情況。通過比較發現, 加入稀土后的載銅活性炭, 其比表面積和孔容的數值大幅增加, 但孔徑分布卻有所降低, 原因是因為稀土的加入后進入到活性炭載體的孔道內, 導致部分孔道堵塞甚至坍塌, 因此孔徑分布有所下降, 但是稀土的加入另一方面促進了活性組分銅更加均勻的分布在載體上, 因此對CO的吸附量增加。
4 結語
經過實驗研究表明, 加入稀土元素后的載銅活性炭對CO的吸附量明顯增加, 比表面積、孔容的數值明顯增加, 說明稀土的加入對于提高載銅活性炭的性能具有重要作用, 稀土的加入促進了吸附劑中活性組分Cu更加的均勻分布到載體上, 從而增加對CO的選擇性, 增加CO的吸附量, 從而除去更多的CO, 適用于變壓吸附領域中對CO的去除。
摘要：本文用浸漬法制備得到載銅類活性炭吸附劑, 并加入不同的稀土金屬鑭、鈰和鋯, 通過對吸附劑吸附CO的性能進行對比研究, 得到稀土在吸附劑中起的作用, 為制備優質高效的CO專用吸附劑奠定基礎。
關鍵詞：稀土,活性炭,CO吸附劑
參考文獻
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[2] 鄭子樵, 李紅英.稀土功能材料[M].北京:化學工業出版社, 2003.
[3] 黃小衛, 李紅衛, 王彩鳳等.我國稀土工業發展現狀及進展[J].稀有金屬, 2007, 31 (3) :279-288.