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摘 要

本文主要研究了新型MOFs材料ZIF-8对正戊烷和异戊烷吸附分离性能。采用室温快速晶化法合成ZIF-8，对合成样品进行XRD、氮气BET、TG-DTA表征；考察了正戊烷在ZIF-8上的平衡吸附/脱附性能，并在动态吸附装置上考察正戊烷和异戊烷的吸附分离性能。结果表明：（1）合成样品具有明显ZIF-8特征衍射峰，BET比表面积为2233.9 m²/g，微孔孔容为0.7538 cm³/g；（2）35℃下，正戊烷在ZIF-8上为优惠的I型等温线，吸附温度为35、70和100℃时，正戊烷在ZIF-8上的平衡吸附量分别为25.04、19.81和14.40g/100g_ads；正戊烷在ZIF-8上的吸附符合微孔填充理论；TG-DTA结果表明正戊烷在ZIF-8上的脱附峰顶温度为88.4℃，明显低于5A分子筛；（3）70℃下，正戊烷纯组分在ZIF-8上的穿透吸附量为19.51g/100g_ads；等摩尔量正戊烷和异戊烷混合物70℃时正戊烷在ZIF-8上的穿透吸附吸附量最大为15.95 g/100g_ads，为异戊烷的67.8倍。

关键字：正戊烷 异戊烷 ZIF-8 平衡吸附量 穿透吸附量

Study on Adsorption Process of N-pentane and Iso-pentane on ZIF-8

ABSTRACT

In this thesis, the adsorption separation performance of n-pentane and iso-pentane on the metal-organic frameworks ZIF-8 was investigated. ZIF-8 was synthesized by rapid crystallization at room temperature. The phase, pore structure and thermostability of ZIF-8 were analyzed systemically by XRD, N₂ adsorption-desorption and TG-DTA. The adsorption equilibrium performance of n-pentane on ZIF-8 was explored. The separation performance of n-pentane and isopentane was investigated on dynamic adsorption device. The results are as follows: (1) The synthesized sample has typical diffraction peak of ZIF-8 crystal with good thermal stability. The BET specific surface area and micropore volume of ZIF-8 are respectively 2233.9 m²/g and 0.7538 cm³/g. (2) The adsorption isotherms of n-pentane on ZIF-8 are type I, and the equilibrium adsorption capacity of n-pentane are 25.04, 19.81 and 14.40g/100g_ads respectively at 35, 70 and 100℃. The fitting degree by D-A adsorption equation for n-pentane on ZIF-8 is up to 99%, which illustrates that the adsorption of n-pentane on ZIF-8 is according to the theory of micropore filling. The temperature of desorption peak of n-pentane on ZIF-8 is 88.4℃, significantly lower than that of 5A molecular sieve.(3) The breakthrough adsorption capacity of pure n-pentane on ZIF-8 is 19.51g/100g_ads at 70℃.In this condition, the breakthrough adsorption capacity of n-pentane on ZIF-8 is 15.95 g/100g_ads ,which is 67.8 times more than that of isopentane.

KeyWords: N-pentane; Iso-pentane; ZIF-8; Equilibrium Adsorption Capacity ; Breakthrough Adsorption Capacity

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第1章 概述 1

1.1 课题背景及意义 1

1.1.1 轻石脑油组成 1

1.1.2 轻石脑油中正异构烷烃分离研究意义 1

1.2 正异构烷烃吸附分离技术 2

1.2.1 正异构烷烃吸附分离工艺 2

1.2.2 吸附剂 4

1.3 MOFs材料用于正异构分离过程研究进展 5

1.3.1 MOFs的晶体特性 5

1.3.2 MOFs在正异构分离中的应用 6

1.4 本文主要研究内容 7

第2章 实验 9

2.1 主要原料、试剂 9

2.2 ZIF-8合成及表征 9

2.2.1 ZIF-8合成方法 9

2.2.2 ZIF-8样品表征 9

2.3 正戊烷在ZIF-8上的吸附等温线测定 10

2.4 正戊烷在ZIF-8上程序升温脱附 10

2.5 正戊烷和异戊烷在ZIF-8上的动态吸附/脱附性能 11

第3章 结果与讨论 13

3.1 ZIF-8结构性能表征 13

3.1.1 ZIF-8物相分析 13

3.1.2 ZIF-8孔结构分析 13

3.1.3 ZIF-8的热分析 15

3.2 正戊烷在ZIF-8上平衡吸附/脱附性能 15

3.2.1 正戊烷在ZIF-8上的吸附等温线 15

3.2.2 正戊烷在ZIF-8上脱附TPD曲线 17

3.3 正戊烷和异戊烷在ZIF-8上的动态吸附分离性能 18

3.3.1 正戊烷在ZIF-8上的吸附穿透曲线 18

3.3.2 正戊烷和异戊烷双组份在ZIF-8上的吸附穿透曲线 19

第4章 结论与展望 23

4.1结论 23

4.2展望 23

参考文献 25

致 谢 29

第1章 概述

1.1 课题研究背景

1.1.1 轻石脑油组成

轻石脑油是石油行业中一种重要的化工原料，其中以C4~C6的饱和烷烃和环烷烃为主，包含少量的烯烃和芳烃。轻石脑油中正戊烷和异戊烷的含量分别约为30%和40%。轻石脑油一般来自于炼油厂常减压蒸馏装置的直馏石脑油、加氢裂化油、炼油厂催化裂化油、重整拔头油、焦化装置二次加工石脑油和油气田凝析油等。表1-1给出了国内外不同地区的轻石脑油主要组成^[1~3]。

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