بررسی آزمایشگاهی جذب سطحی ترکیب‌های گوگردی از نمونه سوخت بنزینی ساختگی توسط جاذب زئولیتی NaY اصلاح شده

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

ظرفیت جذب و گزینش ­پذیری دو چالش اساسی می ­باشند که گوگردزدایی جذبی با آن روبه ­رو است. یکی از راه­ های غلبه بر این چالش­ها، استفاده از زئولیت ­های مزوحفره می ­باشد. در این پژوهش، اثرهای مزوحفره شدن بر عملکرد گوگردزدایی جذبی با جاذب زئولیت NaY مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بهینه ­سازی پارامترها، عملیات سیلیس ­زدایی با مخلوطی از محلول سدیم هیدروکسید (NaOH) و تتراپروپیل آمونیوم هیدروکسید (TPAOH) در دمای محیط با نسبت­ های 75/0، 5/0، 25/0، 0  R=TPAOH/(TPAOH+NaOH) = انجام شد. برای تعیین مشخصه‌های جاذب­ ها از آنالیزهای XRD، BET، FE-SEM و FT-IR استفاده شد. نتیجه‌ها نشان داد جاذب ATY (0.5M)-0.25R با مقدار m2/g 03/54 بالاترین مقدار سطح مزوحفره را دارد. در همین حال، عملکرد گوگردزدایی جذبی در یک راکتور ناپیوسته با به‌کارگیری نمونه سوخت­ های بنزینی گوناگون دارای ترکیب‌های گوگردی تیوفن و دی­ بنزوتیوفن آزمایش شد. نتیجه‌ها نشان داد که نسبت­ های گوناگون محلول NaOH/TPAOH نقش مهمی در جذب ترکیب‌های گوگردی بازی می­ کنند. همچنین به منظور افزایش ظرفیت جذب، یون­ فلزی Cu روی جاذب‌های زئولیت مادر و ATY (0.5M)-0.25R  تلقیح شد. مشخص شد با تلقیح یون­ فلزی Cu، ظرفیت جذب جاذب­ها افزایش می ­یابد به گونه ­ای که جاذب Cu - 0.25R با مقدار 28/18 و mg S/g 83/21 به ترتیب بالاترین ظرفیت جذب ترکیب­ های گوگردی تیوفن و دی ­بنزوتیوفن را دارد. در همین راستا، تأثیر دما بر روی جاذب Cu – 0.25R در جذب ترکیب گوگردی تیوفن مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه‌ها نشان داد با افزایش دما میزان جذب تیوفن افزایش می ­یابد و در دمای 50 درجه سلسیوس به بیش‌ترین میزان خود می­ رسد. مطالعه‌های ترمودینامیکی نشان داد فرایند جذب گرماگیر است. مدل ­های سینیتیک جذب ترکیب‌های گوگردی از معادله شبه مرتبه دوم پیروی کرد. هم‌دما جذب به خوبی بر معادله هم‌دمای لانگمویر منطبق شد و ظرفیت جذب بیشینه آن برای ترکیب گوگردی تیوفن و دی­ بنزوتیوفن به ترتیب 38/18 و mg/g 43/23 به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Chandak N., George A., Hamadi A., Dakhan M., Chaudhry A., Singaravel G., Morin S., Impact of Processing Different Blends of Heavy Gas Oil and Light Cycle Oil in a Mild Hydrocracker Unit, Catalysis Today, 329: 116-124 (2019).
[2] Sengupta A., Kamble P., Basu J., Sengupta S., Kinetic Study and Optimization of Oxidative Desulfurization of Benzothiophene using Mesoporous Titanium Silicate-1 Catalyst, Industrial & engineering chemistry research, 51(1): 147-157 (2012).
[3] Rezvani M.A., Afshari P., Aghmasheh M., Deep Catalytic Oxidative Desulfurization Process Catalyzed by TBA-PWFe@ NiO@ BNT Composite Material as an Efficient and Recyclable Phase-Transfer Nanocatalyst, Materials Chemistry and Physics, 267: 124662 (2021).
[4] Rezvani M.A., Imani A., Ultra-Deep Oxidative Desulfurization of Real Fuels by Sandwich-Type Polyoxometalate Immobilized on Copper Ferrite Nanoparticles, Fe6W18O70⊂ CuFe2O4, as an Efficient Heterogeneous Nanocatalyst, Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(1): 105009 (2021).
[5] Gao Y., Cheng L., Gao R., Hu G., Zhau J., Deep Desulfurization of Fuels using Supported Ionic Liquid-Polyoxometalate Hybrid as Catalyst: A Comparison of Different Types of Ionic Liquids, Journal of Hazardous Materials, 401: 123267 (2021).
[6] Ahmadpour J., Ahmadi M., Javdani A., Hydrodesulfurization Unit for Natural Gas Condensate, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 135(3): 1943-1949 (2019).
[7] Rezvani M.A., Asli M.A.N., Oveisi M., Babaei R., Qasemi K., Khandan S., An Organic–Inorganic Hybrid based on an Anderson-Type Polyoxometalate Immobilized on PVA as a Reusable and Efficient Nanocatalyst for Oxidative Desulphurization of Gasoline, RSC advances, 6(58): 53069-53079 (2016).
[8] موسوی س.ف.، بازیاری ا.، علوی املشی س.م.، بررسی کاتالیست­ های دارای اکسید وانادیم در فرایند گوگردزدایی اکسایشی برای حذف دی­بنزوتیوفن، نشریه شیمی مهندسی شیمی ایران، (4)40: 101 تا 109 (1400).
[9] حقیقی م.، گونه فراهانی س.، سنتز و بهبود مشخصه‌های زئولیت ZSM – 11 با فلزهای واسطه برای کاربرد کاتالیستی آن در گوگردزدایی به روش اکسایش، نشریه شیمی مهندسی شیمی ایران، (3)40: 89 تا 102 (1400).
[10] Rezvani M.A., Hadi M., Rezvani H., Synthesis of New Nanocomposite based on Ceramic and Heteropolymolybdate using Leaf Extract of Aloe Vera as a High‐Performance Nanocatalyst to Desulfurization of Real Fuel, Applied Organometallic Chemistry, 35(5): 61-76 (2021).
[11] Rezvani M.A., Miri O.F., Synthesis and Characterization of PWMn/NiO/PAN Nanosphere Composite with Superior Catalytic Activity for Oxidative Desulfurization of Real Fuel, Chemical Engineering Journal, 369: 775-783 (2019).
[12] Dadashi M., Mazloom G., Akbari A., Banisharif F., The Performance of Micro-Meso-Pore HY Zeolite for Supporting Mo Toward Oxidation of Dibenzothiophene, Environmental Science and Pollution Research, 27: 30600-30614 (2020).
[13] Wang Q., Zhang T., Zhang S., Fan Y., Chen B., Extractive Desulfurization of Fuels using Trialkylamine-Based Protic Ionic Liquids, Separation and Purification Technology, 231: 115923 (2020).
[14] Boniek D., Figueiredo D., dos Santus A.F.B., de Resende M.A., Biodesulfurization: A Mini Review About the Immediate Search for the Future Technology, Clean Technologies and Environmental Policy, 17(1): 29-37 (2015).
[15] WANG S.H., Yun Z., Qin Y.C., Zhang X.T., Song L.J., Fabrication of Effective Desulfurization Species Active Sites in the CeY Zeolites and the Adsorption Desulfurization Mechanisms, Journal of Fuel Chemistry and Technology, 48(1): 52-62 (2020).
[16] Zhu L., Lv X., Tong S., Zhang T., Song Y., Wang Y., Hao Z., Huang C., Xia D., Modification of Zeolite by Metal and Adsorption Desulfurization of Organic Sulfide in Natural Gas, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 69: 102941 (2019).
[17] Hessou E.P., Jabraoui H., Khalil I., Dziurla M.A., Badawi M., Ab Initio Screening of Zeolite Y Formulations for Efficient Adsorption of Thiophene in Presence of Benzene, Applied Surface Science, 541: 148515 (2021).
[18] Song H., Wan X., Dai M., Zhang J., Li F., Song H., Deep Desulfurization of Model Gasoline by Selective Adsorption over Cu–Ce Bimetal Ion-Exchanged Y Zeolite, Fuel processing technology, 116: 52-62 (2013).
[19] Lu Y., Wang R., Nan Y., Liu F., Yang X., Removal of Sulphur from Model Gasoline by CuAgY Zeolite: Equilibrium, Thermodynamics and Kinetics, RSC advances, 7(81): 51528-51537 (2017).
[20] عباسی ا.ر.، قاسم پور ح.، ابراهیم زاده م.ا.، بابایی ف.، خانپور متی کلایی م.، مرسلی ع.، اهمیت و کاربرد نانو چارچوب­ های فلزـ آلی در جذب، ذخیره و آزاد­سازی متان، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)37: 1 تا 11 (1397)
[21] Neves C.V., Modenes A.N., Scheufele F.B., Rocha R.P., Pereira M.F.R., Figueiredo J.L., Borba C.E., Dibenzothiophene Adsorption onto Carbon-based Adsorbent Produced from the Coconut Shell: Effect of the Functional Groups Density and Textural Properties on Kinetics and Equilibrium, Fuel, 292: 120354 (2021).
[22] Khosravi-Nikou M.R., Safari M.H., Rad A.A., Hassani P., Mohammadian M., Ahmadi M., Ghafari N., Naseri M., Desulfurization of Liquid Fuels using Aluminum Modified Mesoporous Adsorbent: Towards Experimental and Kinetic Investigations, Scientific Reports, 11(1): 1-11 (2021).
[23] Rezvani M.A., Shaterian M., Aghbolagh Z.S., Akbarzadeh F., Synthesis and Characterization of New Inorganic‐Organic Hybrid Nanocomposite PMo11Cu@ MgCu2O4@ CS as an Efficient Heterogeneous Nanocatalyst for ODS of Real Fuel, ChemistrySelect, 4(20): 6370-6376 (2019).
[24] Rezvani M.A., Aghbolagh Z.S., Monfared H.H., Green and Efficient Organic–Inorganic Hybrid Nanocatalyst for Oxidative Desulfurization of Gasoline, Applied Organometallic Chemistry, 32(12): 4592 (2018).
[25] Wei F., Guo X., Liao J., Bao W., Chang L., Ultra-Deep Removal of Thiophene in Coke oven Gas over Y Zeolite: Effect of Acid Modification on Adsorption Desulfurization, Fuel Processing Technology, 213: 106632 (2021).
[26] Jiang B.L., Jiang N., Chang Y.X., Synthesis of Highly Active Cu (I)-Y (III)-Y Zeolite and its Selective Adsorption Desulfurization Performance in Presence of Xylene Isomers, Petroleum Science, 18(1): 295-306 (2021).
[27] Duan L., Gao X., Meng X., Zhang H., Wang Q., Adsorption, Co-Adsorption, and Reactions of Sulfur Compounds, Aromatics, Olefins over Ce-Exchanged Y Zeolite, The Journal of Physical Chemistry C, 116(49): 25748-25756 (2012).
[28] Rezvani M.A., Asli M.A., Khandan S., Mousavi H., Aghbolagh Z.S., Synthesis and Characterization of New Nanocomposite CTAB-PTA@ CS as an Efficient Heterogeneous Catalyst for Oxidative Desulphurization of Gasoline, Chemical Engineering Journal, 312: 243-251 (2017).
[29] Rezvani M.A., Shaterian M., Aghmasheh M., Catalytic Oxidative Desulphurization of Gasoline using Amphiphilic Polyoxometalate@ Polymer Nanocomposite as an Efficient, Reusable, and Green Organic–Inorganic Hybrid Catalyst, Environmental technology, 41(10): 1219-1231 (2020).
[30] Zhang Z.Y., Shi T.B., Jia C.Z., Ji W.J., Chen Y., He M.Y., Adsorptive Removal of Aromatic Organosulfur Compounds over the Modified Na-Y Zeolites, Applied Catalysis B: Environmental, 82(1-2): 1-10 (2008).
[31] Weitkamp J., Zeolites and Catalysis, Solid state ionics, 131(1-2): 175-188 (2000).
[32] Gackowski M., Jerzy D., Acid Properties of Hierarchical Zeolites Y, Molecules, 25(5): 1044 (2020).
[33] Tian F., Shen Q., Fu Z., Wu Y., Jia C., Enhanced Adsorption Desulfurization Performance over Hierarchically Structured Zeolite Y, Fuel processing technology, 128: 176-182 (2014).
[34] Serrano D.P., Pizarro P., Synthesis Strategies in the Search for Hierarchical Zeolites, Chemical Society Reviews, 42(9): 4004-4035 (2013).
[35] Möller K., Bein T., Mesoporosity–A New Dimension for Zeolites, Chemical Society Reviews, 42(9): 3689-3707 (2013).
[36] Verboekend D., Vilé G., Pérez‐Ramírez J., Hierarchical Y and USY Zeolites Designed by Post‐Synthetic Strategies, Advanced Functional Materials, 22(5): 916-928 (2012).
[37] Hernández-Maldonado A.J., Yang R.T., Desulfurization of Liquid Fuels by Adsorption via π Complexation with Cu (I)− Y and Ag− Y Zeolites, Industrial & Engineering Chemistry Research, 42(1): 123-129 (2003).
[38] Hernández-Maldonado A.J., Yang F.H., Qi G., Yang R.T., Desulfurization of Transportation Fuels by π-Complexation Sorbents: Cu (I)-, Ni (II)-, and Zn (II)-Zeolites, Applied Catalysis B: Environmental, 56(1-2): 111-126 (2005).
[39] Wang L., Sun B., Yang F.H., Yang R.T., Effects of Aromatics on Desulfurization of Liquid Fuel by π-Complexation and Carbon Adsorbents, Chemical engineering science, 73: 208-217 (2012).
[40] Li X., Zhang X., Lei L., Preparation of CuNaY Zeolites with Microwave Irradiation and their Application for Removing Thiophene from Model Fuel, Separation and purification technology, 64(3): 326-331 (2009).
[41] Lee K.X., Valla J.A., Investigation of Metal-Exchanged Mesoporous Y Zeolites for the Adsorptive Desulfurization of Liquid Fuels, Applied Catalysis B: Environmental, 201: 359-369 (2017).
[42] Lee K.X., Tsilomelekis G., Valla J.A., Removal of Benzothiophene and Dibenzothiophene from Hydrocarbon Fuels using CuCe Mesoporous Y Zeolites in the Presence of Aromatics, Applied Catalysis B: Environmental, 234: 130-142 (2018).
[43] Sikarwar P., Gosu V., Subbaramaiah V., An Overview of Conventional and Alternative Technologies for the Production of Ultra-Low-Sulfur Fuels, Reviews in Chemical Engineering, 35(6): 669-705 (2019).
[44] Babich IV., Moulijn JA., Science and Technology of Novel Processes for Deep Desulfurization of Oil Refinery Streams: A Review, Fuel, 82(6): 607-631 (2003).
[45] Yi D., Huang H., Meng X., Shi L., Adsorption–Desorption Behavior and Mechanism of dimethyl Disulfide in Liquid Hydrocarbon Streams on Modified Y Zeolites, Applied Catalysis B: Environmental, 148: 377-386 (2014).
[46] Hernández-Maldonado A.J., Yang R.T., Desulfurization of Commercial Liquid Fuels by Selective Adsorption via π-Complexation with Cu (I)− Y Zeolite, Industrial & engineering chemistry research, 42(13): 3103-3110 (2003).
[47] Song H., Chang Y., Wan X., Dai M., Song H., Jin Z., Equilibrium, Kinetic, and Thermodynamic Studies on Adsorptive Desulfurization onto CuICeIVY Zeolite, Industrial & Engineering Chemistry Research, 53(14): 5701-5708 (2014).
[48] Fei L., Rui J., Wang R., Lu Y., Yang X., Equilibrium and Kinetic Studies on the Adsorption of Thiophene and Benzothiophene onto NiCeY Zeolites, RSC advances, 7(37): 23011-23020 (2017).
[49] Shen B., Qin Z., Gao X., Lin F., Zhou S., Shen W., Wang B., Zhao H., Liu H., Desilication by Alkaline Treatment and Increasing the Silica to Alumina Ratio of Zeolite Y, Chinese Journal of Catalysis, 33(1): 152-163 (2012).
[50] Qin Z., Shen B., Yu Z., Deng F., Zhao L., Zhou S., Yuan D., Gao X., Wang B., Zhao H., Liu H., A Defect-based Strategy for the Preparation of Mesoporous Zeolite Y for High-Performance Catalytic Cracking, Journal of Catalysis, 298: 102-111 (2013).
[51] Nuntang S., Prasassarakich P., Ngamcharussrivichai C., Comparative Study on Adsorptive Removal of Thiophenic Sulfurs over Y and USY Zeolites, Industrial & engineering chemistry research, 47(19): 7405-7413 (2008).
[52] García J.R., Falco M., Sedran U., Impact of the Desilication Treatment of Y Zeolite on the Catalytic Cracking of Bulky Hydrocarbon Molecules, Topics in Catalysis, 59(2-4): 268-277 (2016).
[53] Groen J.C., Peffer L.A., Moulijn J.A., Pérez‐Ramírez J., Mechanism of Hierarchical Porosity Development in MFI Zeolites by Desilication: The Role of Aluminium as a Pore‐Directing Agent, Chemistry–A European Journal, 11(17): 4983-4994 (2005).
[54] Qin Z., Shen B., Gao X., Lin F., Wang B., Xu C., Mesoporous Y Zeolite with Homogeneous Aluminum Distribution Obtained by Sequential Desilication–Dealumination and its Performance in the Catalytic Cracking of Cumene and 1, 3, 5-Triisopropylbenzene, Journal of Catalysis, 278(2): 266-275 (2011).
[55] Verboekend D., Keller T.C., Mitchell S., Pérez‐Ramírez J., Hierarchical FAU‐and LTA‐Type Zeolites by Post‐Synthetic Design: A New Generation of Highly Efficient Base Catalysts, Advanced Functional Materials, 23(15): 1923-1934 (2013).
[56] Pérez‐Ramírez J., Verboekend D., Bonilla A., Abelló S., Zeolite Catalysts with Tunable Hierarchy Factor by Pore‐Growth Moderators, Advanced Functional Materials, 19(24): 3972-3979 (2009).
[57] Jentys A., Lercher J.A., Techniques of Zeolite Characterization, Studies in Surface Science and Catalysis, 137: 345-386 (2001).
[58] Velu S., Ma X., Song C., Selective Adsorption for Removing Sulfur from Jet Fuel over Zeolite-based Adsorbents, Industrial & engineering chemistry research, 42(21): 5293-5304 (2003).
[59] Armbruster T., Dehydration Mechanism of Clinoptilolite and Heulandite: Single-Crystal X-Ray Study of Na-Poor, Ca-, K-, Mg-Rich Clinoptilolite at 100 K, American Mineralogist, 78(3-4): 260-264 (1993).
[60] Zheng H., Liu D., Zheng Y., Liang S., Liu Z., Sorption Isotherm and Kinetic Modeling of Aniline on Cr-Bentonite, Journal of hazardous materials, 167(1-3): 141-147 (2009).
[61] Tahir S.S., Rauf N., Removal of a Cationic Dye from Aqueous Solutions by Adsorption onto Bentonite Clay, Chemosphere, 63(11): 1842-1848 (2006).
[62] Foo K.Y., Hameed B.H., Insights into the Modeling of Adsorption Isotherm Systems, Chemical engineering journal, 156(1): 2-10 (2010).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار