CN106824043A - 一种无定型氮化硼吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无定型氮化硼吸附剂及其制备方法和应用。制备方法为将硼酸和尿素溶解在水和甲醇的混合溶液中，然后重结晶，将重结晶的固体在氮气气氛下进行高温，快速煅烧。本发明制备方法简单，所得到的无定型氮化硼具有多的活性位点，可用于燃油的吸附脱硫，高能效，高选择性的吸附燃油中的有机硫化物。

Description

一种无定型氮化硼吸附剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及无定型氮化硼，特指一种无定型氮化硼吸附剂的制备工艺及其在降低燃油中硫含量的应用。
背景技术
近年来，我国许多城市出现重度空气污染和雾霾天气，包括PM2.5，SO2等污染物严重超标，机动车尾气排放为其主要原因之一，汽、柴油(燃油)中的硫化合物燃烧产生的SOx和硫酸盐会产生PM2.5等污染颗粒，控制燃油中硫含量可从源头上有效减少污染。世界各国对燃油中硫含量的要求越来越严格，现有工艺条件下要使硫含量降低到10～30ppm，甚至无硫，石化企业需投资不低于500亿元。目前，工业上加氢脱硫法(HDS)可以有效脱除燃油中硫醚、硫醇和无机硫，但对于芳香性硫化物如二苯并噻吩等，则效果较差。要脱除这类硫化物，现有的加氢脱硫法需要更苛刻的反应条件，如增加压力和温度，设计昂贵的高活性催化剂等，这势必导致加氢脱硫技术的投资成本增加，使燃油生产成本大幅上升。所以，寻找其它高效脱硫法显得尤为迫切。
多年来，各国科学家都加大了其它深度脱硫方法的研究,如吸附脱硫法、萃取脱硫法和氧化脱硫法等，其中吸附脱硫法被公认为是最有应用前景的深度脱硫方法之一，其特点在于：反应条件温和、无需氢气和高压。
六方氮化硼(h-BN)作为一种非金属的二维层状材料，具备很多优异的性质，如高的化学稳定性，抗氧化性，大的比表面积。现有研究表明氮化硼已作为吸附剂用于污水处理。但是以无定型氮化硼用于燃油吸附脱硫，还未见报道。
发明内容
本发明在于提供一种无定型氮化硼非金属吸附剂。
本发明另一目的在于提供上述吸附剂的制备方法。
本发明还提供了上述吸附剂的应用。
为了实现上述目的，制备方法包括，将硼酸和尿素溶解在水和甲醇的混合溶液中，在50～80℃下搅拌蒸发，所得固体放入管式炉中在氮气的气氛下快速高温煅烧，得到多活性位点的无定型氮化硼。
进一步地，硼酸和尿素的混合物与水和甲醇的混合溶液的质量体积比为20-40g：40ml。
进一步地，水和甲醇的混合溶液中水与甲醇的体积比为1:1～0.5:1。
进一步，硼酸和尿素的摩尔比为1:28。
所述的高温为800～900℃。
所述的快速煅烧是指从室温下以10℃/min升到800～900℃，然后在800～900℃下保持0～40min，然后自然降为室温。
上述方法得到的一种无定型氮化硼非金属吸附剂，具有较多的活性位点。这一特征保证了吸附剂上有大量的吸附活性位点，能增大吸附剂的吸附能力。
上述无定型氮化硼吸附剂可用于燃油中硫化物的脱除。在无定型BN吸附脱除燃油中硫化物，其吸附容量可以达40mg/S g以上，选择性可以达到88％。比商品级BN的吸附活性(1.2mg/S g)高出将近40mg/S g。
本发明的吸附反应条件温和，反应温度在常温，常压。
本发明提供了一种新型无定型氮化硼吸附剂，具有较多的活性位点，制备方法简单，成本低；吸附反应条件温和，反应温度在常温，常压；吸附活性高，能实现低能耗、高效的脱除燃油中的硫化物。
具体实施方式
下面通过实例对本发明给予进一步的说明。
实施例1
将0.6184g硼酸和16.8168g的尿素溶解在40ml水和甲醇的混合液中(水和甲醇的体积比是1:1)，在60℃下搅拌，直到溶液全部蒸发，所得固体放入管式炉中在氮气气氛下从室温以10℃/min升到900℃后立即自然降为室温(即在900℃保持0min)，所得产物是BN-0。
实施例2
将1.2366g硼酸和33.6336g的尿素溶解在40ml水和甲醇的混合液中(水和甲醇的体积比是1:1)，在80℃下搅拌，直到溶液全部蒸发，所得固体放入管式炉中在氮气气氛下从室温以10℃/min升到900℃保持20min,然后自然降为室温,所得产物是BN-20。
实施例3
将0.9275g硼酸和25.2252g的尿素溶解在40ml水和甲醇的混合液中(水和甲醇的体积比是1:1)，在70℃下搅拌，直到溶液全部蒸发，所得固体放入管式炉中在氮气气氛下从室温以10℃/min升到900℃保持40min,然后自然降为室温,所得产物是BN-40。
实施例4
将实施例1-3所得的无定型氮化硼吸附剂用于燃油中有机硫化物的脱除。
燃油类型：(1)模拟油是将二苯并噻吩溶解在正辛烷中，配成硫含量为500ppm模型油；(2)柴油为加氢处理后柴油，硫含量为600ppm；(3)FCC汽油，硫含量为150ppm。
实例5-9在，100ml震荡瓶中加入0.05g无定型氮化硼和20ml模拟油或真实油。将震荡瓶放入震荡器中，常温常压下进行吸附反应。油品采用GC-FID检测油中硫化物的含量，计算吸附容量，结果见下表。
序号 油品 无定型氮化硼 吸附时间/分钟 吸附容量mg/S g
5 模型油 BN-0 240 42.2
6 模型油 BN-20 240 42
7 模型油 BN-40 240 39.8
8 柴油 BN-0 240 23
9 汽油 BN-0 240 20

Claims (9)

1.一种无定型氮化硼吸附剂的制备方法，其特征在于：将硼酸和尿素溶解在水和甲醇的混合溶液中，在50～80℃下搅拌蒸发，所得固体放入管式炉中在氮气的气氛下快速高温煅烧，得到多活性位点的无定型氮化硼吸附剂。
2.如权利要求1所述的一种无定型氮化硼吸附剂的制备方法，其特征在于：硼酸和尿素的混合物与水和甲醇的混合溶液的质量体积比为20-40g：40ml。
3.如权利要求1所述的一种无定型氮化硼吸附剂的制备方法，其特征在于：水和甲醇的混合溶液中水与甲醇的体积比为1:1～0.5:1。
4.如权利要求1所述的一种无定型氮化硼吸附剂的制备方法，其特征在于：硼酸和尿素的摩尔比为1:28。
5.如权利要求1所述的一种无定型氮化硼吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的高温为800～900℃。
6.如权利要求1所述的一种无定型氮化硼吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的快速煅烧是指从室温下以10℃/min升到800～900℃，然后在800～900℃下保持0～40min，然后自然降为室温。
7.如权利要求6所述的一种无定型氮化硼吸附剂的制备方法，其特征在于：从室温下以10℃/min升到900℃后立即自然降为室温，即在900℃保持0min。
8.如权利要求1-7任一所述制备方法制备的无定型氮化硼吸附剂在燃油吸附脱硫方面的用途。
9.如权利要求8所述的用途，其特征在于：无定型氮化硼吸附剂的吸附容量可以达40mg/S g以上，选择性可以达到88％。
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