改性凹凸棒对柴油的脱色研究

刘 芳，郑艳萍，朱彦荣，李天敏，权 文，马继昱

(兰州城市学院化学与环境科学学院，甘肃 兰州 730070)

改性凹凸棒对柴油的脱色研究

刘 芳，郑艳萍，朱彦荣，李天敏，权 文，马继昱

(兰州城市学院化学与环境科学学院，甘肃 兰州 730070)

以凹凸棒石黏土为载体，Fe(NO3)3为活性组分，采用浸渍法制备了油品脱色剂。通过实验确定了脱色剂的最佳制备条件:浸渍4.5h，焙烧温度400℃，焙烧5h，Fe(NO3)3加入量为4%，在此条件下，0#柴油脱色率为98.6%。改性凹凸棒脱色剂不仅对柴油脱色效率高，同时引入凹凸棒吸附柴油中微量的水分、胶质、硫化物等，从而提高了柴油品质。

Fe(NO3)3；凹凸棒； 0#柴油；脱色

柴油由于精制过程不充分，通常含有微量的杂质如胶质、烯烃或二烯烃、含硫、含氧或含氮非烃类化合物等，致使产品颜色较深，具有不愉快的气味，使油品的使用性能降低，且因外观质量较差而对销售不利。对油品脱色精制处理后，可减少对环境和人体的影响，延长发动机的寿命，减少机械故障，对推广新的技术革命具有重要意义[1-2]。

凹凸棒石(Attapulgite)又名坡缕缟石、漂白土、凹土。由于凹凸棒石的结晶习性、结晶形态、沉积方式和内部孔道等多种因素而赋予其很高的比表面积，凹凸棒石表面固有的原子结构和活化处理产生的表面电荷不平衡现象形成了吸附中心，二者的结合使凹凸棒石具有良好的吸附性能，具有脱色、吸水、除臭、催化、离子交换、分散、热稳定等作用[3-7]。本文以凹凸棒石黏土为载体，盐酸为改性剂，Fe(NO3)3为活性组分，采用浸渍法制备了改性凹凸棒脱色剂，对0＃柴油进行脱色处理，以提高柴油品质，为其工业化应用奠定理论基础。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

凹凸棒黏土（工业级），硝酸铁（分析纯），盐酸（分析纯），0#柴油。

Nicolet5700型傅里叶变换红外光谱仪，722G型可见分光光度计，EX-Calibur型X射线能谱仪，OXFORD51-XMX型SEM扫描电镜，SYD-2122B型石油产品微量水分试验器，SYD-380D型石油产品硫含量试验器，SYD-265C型石油产品运动黏度测定器，SYD-261型石油产品闪点测定仪，SYD-510F1型多功能低温试验器，SYD-1884A型石油产品密度试验器，SYD-509A型发动机燃料实际胶质试验器。

1.2 实验过程

1.2.1 改性凹凸棒脱色剂的制备

用1%的盐酸对凹凸棒石进行酸化处理，去除部分杂质和易溶物（凹凸棒石与盐酸溶液质量比为1/3），静置24h，用蒸馏水洗涤至pH值为6～7，沉降，上层清液弃去后抽滤，滤饼在105℃下烘干，冷却至室温，把干饼磨成粒径0.178mm的粉末置于干燥器内备用。称取一定量的硝酸铁，配制成溶液，加入三口烧瓶中。再加入15g的改性凹凸棒石，常温搅拌3h后105℃下烘干，放入坩埚并移入马弗炉中，进行高温焙烧处理，冷却后磨成粒径0.15mm的粉末得到脱色剂成品。

1.2.2 柴油脱色方法

移取50mL的柴油装入125 mL的漏斗中，在吸附柱中装入制备好的10g脱色剂成品，对柴油进行常温常压脱色。

1.2.3 脱色率的测定方法

采用可见分光光度计在446nm处测定脱色前后柴油的吸光度E0、E1。

1.2.4 油品性能的测定方法

根据国家标准GB/T 380-1977《石油产品硫含量测定法（燃灯法）》、GB/T 265-1988《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》、GB/T 510-1983《石油产品凝点测定法》、GB/T 1884-1992《石油和液体石油产品密度测定法（密度计法）》、SH/T 0248 -1992《馏分燃料冷滤点测定法》、GB/T 261-1983《石油产品闪点测定法（闭口杯法）》、GB/T 509-1988《发动机燃料实际胶质测定法》等分别测定了柴油脱色前、后的各项性能，并进行对比。

2 结果与讨论

2.1 活性组分的筛选

活性组分质量取凹土质量的4%，浸渍3h，焙烧温度为450℃，焙烧3h，在此条件下制得脱色剂，考察含有不同活性组分的脱色剂对柴油脱色效果的影响，结果见表1。

表1 活性组分对脱色率的影响Tab.1 Influence of active ingredients on the decolorization rate

由表1可知，活性组分负载在凹凸棒上形成活性中心，不同的活性中心吸附着色物质能力不同。其中负载了Fe(NO3)3的凹土脱色率最高，为97.1 %，因此本实验选择Fe(NO3)3作为脱色剂的活性组分。

2.2 正交实验结果及分析

本实验以活性组分的浸渍时间、活性组分的用量、焙烧时间和焙烧温度为影响因素，脱色率为评价指标，选用L9(34)正交表研究最佳的脱色剂制备工艺条件，因素水平见表2，正交实验结果见表3。

表2 L9(34)因素水平表Tab.2 Table of L9(34) orthogonal experimental design

由表3极差R可知，各因素影响脱色率大小顺序为B＞D＞C＞A。最佳合成工艺为A3B2C3D1，即浸渍时间4.5h、Fe(NO3)3的用量为4%、焙烧时间5h和焙烧温度400℃。以最佳工艺条件制备脱色剂并对0#柴油进行脱色，测得脱色率为98.6%。

表3 正交实验结果Tab.3 Results of orthogonal experiment

2.3 脱色剂的红外光谱表征

采用KBr压片法对改性凹凸棒脱色剂进行了红外表征，结果见图1。

图1 凹凸棒脱色剂的红外光谱图Fig.1 FT-IR spectrum of the attapulgite discolouring agent

图谱分析:4000～3000cm-1为-OH的伸缩振动区域，凹凸棒脱色剂在3460cm-1处的吸收峰是由与[Fe,Al]相连的羟基伸缩振动引起的，1640～1660cm-1为-OH的弯曲振动区域；在1388cm-1附近可能为方解石的特征峰；1400～400cm-1为Si、Al成键区域；在1032cm-1处为νas(Si-O-Si)；在低频区600～410cm-1可能为三价铁离子的振动区[8]。

2.4 XRD分析

分别对凹凸棒原土和负载了活性组分的改性凹凸棒进行XRD表征，结果见图2。

通过XRD谱图分析可知，凹凸棒负载活性组分前后凹凸棒的衍射峰强度发生比较明显的变化，并且出现了Fe2O3（2θ=30.1°，2θ=35.0°）的特征峰，说明经过凹凸棒酸改性以及活性组分负载，使得Fe2O3成功进入凹凸棒的骨架。

图2 XRD图谱Fig.2 XRD image

2.5 SEM分析

分别对凹凸棒原土和负载了活性组分的改性凹凸棒进行SEM表征，其结果见图3。

图3 凹凸棒（a）、凹凸棒石基Fe2O3（b）的SEM 图片Fig.3 The SEM images of attapulgite(a), attapulgite of Fe2O3（b）

由SEM图可知，负载前后凹凸棒形貌基本没有发生变化，仍然保持良好的棒状结构，此外没有出现金属氧化物团聚的不规则形貌，表明Fe2O3均匀分布在凹凸棒的表面。

2.6 脱色前后柴油性能的对比

脱色前后柴油样品的性能对比见表4。由表4可知，脱色后的柴油其实际胶质、硫含量和水分含量都有明显的减少，说明本实验合成的脱色剂对柴油的品质有较大的改善。

表4 柴油样品的性能Tab.4 Properties of diesel

3 结论

1）经过改性的凹凸棒对柴油脱色效果显著。脱色剂制备的最佳工艺条件为:1%盐酸为改性剂、Fe(NO3)3用量为4%、浸渍4.5h、焙烧温度400℃、焙烧5h。以最佳工艺条件制备脱色剂并对0#柴油进行脱色，测得脱色率为98.6%。

2）分别对脱色前后的柴油性能做了测试对比，其中实际胶质、硫含量和水分等有了明显的改善。本脱色剂制备原料便宜易得，制备工艺简单，用于柴油的精制具有成本低、效果好的优点，具有进一步研究和应用的价值。

[1] 刘公召.粗柴油脱色的几种方法[J].辽宁化工，1996(5): 5-7.

[2] 赵秋萍，李金财，黄文斌，李澜，王青宁.凹凸棒石黏土用于C9芳烃的脱色研究[J].非金属矿，2011，34 (5): 62-65.

[3] 周济元，崔炳芳.国外凹凸棒石黏土的若干情况[J].资源调查与环境，2004，25(4):248-259.

[4] Chen N, Yang R.T. Ab Initio Molecular Orbital Study of Adsorption of Oxygen, Nitrogen and Ethylene on Silver-Zeolite and Silver Halides [J].Ind. Eng. Chem. Res., 1996(35): 4020-4027.

[5] 郑茂松，王爱勤，詹庚申.凹凸棒石黏土应用研究[M].北京:化学工业出版社，2007.

[6] 宗绪伟，王青宁，姜瑞雨，叶业通.凹凸棒石黏土脱色剂对碳九馏分进行脱色[J].化工进展，2009，28(11): 1969-1973.

[7] 王青宁，申涛，李澜.凹凸棒黏土脱色剂对航空煤油脱色研究[J].非金属矿，2007，30(2):40-42.

[8] 韩维亮.改性凹凸棒石纳米氧化锌脱硫剂的实验研究[D].兰州:兰州理工大学，2012.

Study on Decolourisation of Diesel by Modified Attapulgite

LIU Fang, ZHENG Yan-ping, ZHU Yan-rong, LI Tian-min, QUAN Wen, MA Ji-yu
(College of Chemistry and Environmental Science, Lanzhou City University, Lanzhou 730070, China)

The oil decoloring agent was prepared by impregnation method with the attapulgite clay as the carrier, Fe(NO3)3as active component. The best experiment preparation conditions of decoloring agent were as followed: the dip time was 4.5h, calcination temperature was 400℃ for 5h, the Fe(NO3)3amount was 4%. Under these conditions, the decolorizing rate of the 0#diesel was 98.6%. The modif ed attapulgite as decoloring agent did not only elevate the diesel decoloring eff ciency, but also introduced the trace mount of water, colloid, sulf de, etc, thus improved the quality of diesel.

Fe(NO3)3; attapulgite; 0#diesel; decolorizes

TE 624.5+5

A

1670-9905(2015)05-0022-03

刘芳（1987-），女，甘肃人，硕士，主要研究催化剂的合成及应用，E-mail:liufangq@163.com

2015-03-05