微波负载AgNO3用于乙烯/乙烷分离的研究

肖树萌 ，钟东文 ，韩 雪，党亚固*

(1．中国石油化工股份有限公司茂名分公司，广东 茂名 525000；2.四川大学 化学工程学院，四川 成都 610065)

微波负载AgNO3用于乙烯/乙烷分离的研究

肖树萌1，钟东文1，韩 雪2，党亚固2*

(1．中国石油化工股份有限公司茂名分公司，广东 茂名 525000；2.四川大学 化学工程学院，四川 成都 610065)

采用溶液浸渍法将AgNO3负载于细孔硅胶载体，并通过微波方式进行强化分散制备AgNO3/SiO2乙烯络合吸附剂,考察不同微波时间AgNO3/SiO2对乙烯/乙烷的分离效果。通过红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对吸附剂进行表征。负载AgNO3后微波10min，在25℃，0.5MPa吸附条件下， AgNO3/SiO2吸附剂对乙烯的吸附量达到42.85mL/g,吸附选择系数提高至2.82，具有良好的工业应用前景。

微波；吸附分离；乙烯；乙烷

炼油厂干气中含有大量甲烷、乙烯、乙烷等轻烃资源[1-2]，将其回收提浓，具有较大的经济价值，变压吸附分离技术[3-4]由于工艺简单，投资少，能耗低，是一种经济可行的方法。该工艺开发的核心是相应络合吸附剂的研究[5]。采用硅胶[6]为载体，根据π络合原理[7-10],负载AgNO3[11-14]助剂，可以制备出适宜的吸附分离剂。微波处理[15]可以强化分散AgNO3在SiO2载体的分散，提高吸附分离性能。本文研究了微波处理对AgNO3/SiO2络合吸附剂制备的影响，采用红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对吸附剂进行表征，并测定其吸附等温线，研究结果具有较大的应用价值。

1 实验部分

1.1 实验药品

细孔硅胶，AR，青岛海化特种硅胶有限公司；AgNO3，AR，成都市科龙化工试剂厂。

2.2 吸附剂的制备

采用等体积浸渍法在硅胶载体上负载AgNO3溶液，真空干燥2h，放入家用微波炉进行微波强化分散，冷却至室温即制备出AgNO3/SiO2络合吸附剂，避光保存。

3 结果与讨论

3.1 AgNO3/SiO2络合吸附剂样品的分析

对AgNO3/SiO2络合吸附剂进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)分析,如图1～图3所示。XRD使用日本理学公司的D/MAX-2500型衍射仪，Cu 靶，Kα辐射源,工作电压为40kV，工作电流为100mA，扫描范围为5～80°。SEM在日本JEOL公司的JSM-7500F型场发射扫描电子显微镜中进行，放大倍数为2万至10万倍。IR在美国Perkin Elmer公司Spectrum Two L1600300型傅里叶红外光谱仪进行分析，光谱波数范围为4000-400 cm-1，光谱分辨率为0.5 cm。

图中微波时间为a： 0min，b：10min，c：20min，d：30min图1 不同微波时间AgNO3/SiO2络合吸附剂XRD图谱Fig.1 The XRD pattern of different microwave time AgNO3/SiO2

XRD可以反应出Ag在SiO2的分散情况，如图1所示，微波时间从0增至10min，AgNO3特征晶相峰强度减弱，晶相峰已不明显，表明微波处理可以加强Ag+在SiO2上的分散。20min时，出现了较明显的Ag2O特征晶相峰，应该分解产生了Ag2O；微波时间为30min时，XRD图谱上几乎已观察不到任何特征峰。Ag2O完全分解为单质Ag，且在载体上分散效果较好，各特征晶相峰均看不见了。由此可见，微波时间为10min，AgNO3分散效果最佳。

图中放大倍数为2万倍图2 AgNO3/SiO2络合吸附剂SEM图Fig.2 The SEM of AgNO3/SiO2 complexation adsorbent

对微波10min的AgNO3/SiO2络合吸附剂进行形貌观察，如图2所示。可观测到AgNO3/SiO2络合吸附剂表面除出现少数AgNO3小颗粒外，大部分AgNO3分散较为均匀，证实了前述XRD结果。

微波时间 a： 0min，b ：10min，c ：20min，d ：30min图3 不同微波时间硅胶载体IR图谱Fig.3 The IR spectrogram of different microwave time SiO2 substrates

由图3可见，微波加热10min、20min、30min的硅胶与为微波硅胶载体均在3500cm-1，1100cm-1、800cm-1及450cm-1处出现硅胶红外光谱特征吸收峰，吸收谱带一致，说明载体硅胶经过微波后，结构并未发生变化。由于负载型吸附剂在微波加热过程中存在着热点和表面效应[15]。一定微波时间内，能使载体表面上某些点发热而本身体相温度基本不变，这样既能加快AgNO3在硅胶表面的分散，又能避免载体硅胶骨架在高温下坍塌。但若微波时间过长，体系温度达到均一后，载体结构可能发生改变，进而影响AgNO3的分散。可以看出，微波10min比较有利于AgNO3在硅胶表面的均匀分散。

3.2 吸附性能测试

C2H4吸附属于络合吸附，其吸附中心位于Ag+上[12]，Ag+分散越好，越有利于其吸附和分离。不同微波时间的 AgNO3/SiO2吸附剂对乙烯吸附性能如图4。

图4 25℃时C2H4在不同微波时间 AgNO3/SiO2上的吸附等温线Fig.4 The adsorption isotherm of different microwave time AgNO3/SiO2 for C2H4 at 25℃

由图4可知，微波强化分散可以提高C2H4吸附量，且微波时间为10min的样品吸附量最大。为了更直观的看出其趋势，将吸附压力为0.5MPa条件下对乙烯的吸附量绘制成图，结果见图5。

图5 25℃，0.5MPa时C2H4在 不同微波时间AgNO3/SiO2上的吸附量

Fig.5 The amount adsorbed of different microwavetime AgNO3/SiO2for C2H4at 25℃，0.5MPa

图6为微波处理10minAgNO3/SiO2和空白SiO2对乙烯乙烷吸附等温线，由图可见，经过微波处理AgNO3/SiO2对C2H4的吸附容量增大，C2H6的吸附容量减小，在25℃，0.5MPa条件下，微波处理后AgNO3/SiO2对乙烯的吸附量从28.16mL/g增大到42.85mL/g，分离系数由1.37提高至2.82。可见微波处理增强了Ag+在载体上面的分布，明显改善了其吸附分离效果。

图6 25℃时C2H4和C2H6在微波加热10minAgNO3/SiO2和空白SiO2上的吸附等温线(Figure 6 The adsorption isotherm of microwave heating 10 min AgNO3/SiO2and SiO2for C2H4and C2H6at 25℃

4 结语

研究了微波处理对AgNO3/SiO2π络合吸附剂的增强效果，微波处理可以明显增强Ag在载体表面的分散，提高乙烯的吸附量和乙烯/乙烷的分离系数。适宜的微波时间为10min，在25℃，0.5MPa吸附条件下，乙烯的吸附量可达42.85mL/g，选择性达2.82。

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(本文文献格式：肖树萌 ，钟东文 ，韩 雪，等.微波负载AgNO3用于乙烯/乙烷分离的研究[J].山东化工，2017，46(12)：50-52.)

Microwave Load Silver Nitrate Used in Separation of Ethylene and Ethane

XiaoShumeng1，ZhongDongwen1,HanXue2,DangYagu2

(1.Maoming Branch of SINOPEC, Maoming 525000, China;2.Department of Chemical Engineering Sichuan University, Chengdu 610065, China)

The AgNO3/SiO2adsorbent was prepared by loading silver nitrate on the fine pored silica gel substrate through solution impregnation method and dispersing through microwave heating, and exploring AgNO3/SiO2adsorbent which microwave heating at different time for ethylene and ethane separation effect. Then characterizations like infrared spectroscopy(IR), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) were tested. The adsorbent which loading silver nitrate and microwave heating at 10 min, the amount adsorbed and adsorption selectivity of AgNO3/SiO2for ethylene is 42.85mL/g and 2.82 at 298K,0.5MPa. It has a good prospect of industrial application.

microwave; adsorption separation; ethylene; ethane

2017-04-14

肖树萌(1971—)，广东茂名人，学士，高级工程师，主要从事茂名石化科研技术管理工作；通信作者：党亚固(1969—)，四川成都人，四川大学副教授，从事化工工艺、分离工程等的研究。

TQ221.21+1

A

1008-021X(2017)12-0050-03