Mg掺杂UiO⁃66的制备及其塑料油品脱氯性能

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.02.010

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (2): 62-70.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.02.010

Mg掺杂UiO⁃66的制备及其塑料油品脱氯性能

翟永怡, 李瑞丽(), 卜禹豪, 姬娅茹

中国石油大学（北京）重质油国家重点实验室，北京 102249

收稿日期:2022-11-30 出版日期:2023-02-26 发布日期:2023-02-22
通讯作者: 李瑞丽（1965—），女，副教授，从事清洁油品生产的教学与研究，lrl4806@163.com
E-mail:lrl4806@163.com

Preparation and dechlorination performance of Mg⁃doped UiO⁃66 for plastic oil

ZHAI Yongyi, LI Ruili(), BU Yuhao, JI Yaru

State Key Laboratory of Heavy Oil Processing，China University of Petroleum，Beijing 102249，China

Received:2022-11-30 Online:2023-02-26 Published:2023-02-22
Contact: LI Ruili E-mail:lrl4806@163.com

摘要/Abstract

摘要：

采用溶剂热法制备了八面体形态的UiO⁃66并采用金属Mg掺杂对UiO⁃66进行改性。为考察最佳掺杂浓度，制备了Mg⁃UiO⁃66⁃n（n为镁锆摩尔比）吸附剂。利用X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）等对吸附剂的形貌和表面性能进行了表征，并研究了Mg⁃UiO⁃66⁃0.07的吸附脱氯性能以及吸附机制。结果表明，Mg掺杂UiO⁃66吸附剂已被成功制备；Mg⁃UiO⁃66⁃0.07的吸附效果最佳，吸附时间为4 h，吸附温度为40 ℃，剂油比为1/40时的脱除率达95.03 %，可再生循环使用5次。吸附过程是1个自发的化学吸附过程，符合拟二级动力学模型。

关键词: 塑料裂解油, UiO?66, 吸附, 有机氯化物, 吸附动力学, 吸附热力学

Abstract:

The octahedral UiO⁃66 was prepared by means of a solvothermal method， followed by modification through doping an Mg metal. To explore the optimal doping concentration， the Mg⁃UiO⁃66⁃n （n is molar ratio of magnesium to zirconium） adsorbent was prepared， and their morphology and surface properties were characterized using X⁃ray diffractometer， infrared spectrometer， and scanning electron microscope. The adsorption and dechlorination properties and adsorption mechanism of Mg⁃UiO⁃66⁃0.07 were investigated. The results demonstrated the successful fabrication of the Mg⁃doped UiO⁃66 adsorbent. The Mg⁃UiO⁃66⁃0.07 achieved the best adsorption effect at an adsorption time of 4 h and an adsorption temperature of 40 ºC. The Mg⁃UiO⁃66⁃0.07 gained a removal rate of 95.03 % at a solvent⁃to⁃oil ratio of 1/40 and could be recycled for reutilization 5 times. This adsorption process is a spontaneous chemical adsorption process， which conforms to a pseudo second order kinetic model.

Key words: plastic cracking oil, UiO?66, adsorption, organic chloride, adsorption kinetics, adsorption thermodynamics

中图分类号:

TQ320.9

翟永怡, 李瑞丽, 卜禹豪, 姬娅茹. Mg掺杂UiO⁃66的制备及其塑料油品脱氯性能[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 62-70.

ZHAI Yongyi, LI Ruili, BU Yuhao, JI Yaru. Preparation and dechlorination performance of Mg⁃doped UiO⁃66 for plastic oil[J]. China Plastics, 2023, 37(2): 62-70.

图/表 19

图1 掺杂不同镁锆摩尔比吸附剂吸附效果对比

Fig.1 Comparison of adsorption effects of adsorbents doped with different molar ratio of magnesium to zirconium

图2 不同吸附剂的XRD谱图

Fig.2 XRD patterns of different adsorbents

图3 不同吸附剂的FTIR谱图

Fig.3 FTIR spectra of different adsorbents

图4 不同吸附剂的SEM照片和Mg ⁃UiO⁃66⁃0.07的EDS图像

Fig.4 SEM images of different adsorbents and EDS images of Mg⁃UiO⁃66⁃0.07

图5 有机氯化物初始浓度的影响

Fig.5 Effect of initial concentration of organic chloride

图6 吸附时间的影响

Fig.6 Effect of adsorption time

图7 吸附温度的影响

Fig.7 Effect of adsorption temperature

图8 剂油比的影响

Fig.8 Effect of agent oil ratio

图9 Mg⁃UiO⁃6⁃0.07对有机氯化物的再生吸附性能

Fig.9 Regencration adsorption performance of Mg⁃UiO⁃66⁃0.07 for organic chlorides

图10 Mg⁃UiO⁃66⁃0.07吸附前与解吸后XRD谱图对比

Fig.10 Comparison of XRD patterns of Mg⁃UiO⁃66⁃0.07 before adsorption and after desorption

图11 动力学方程拟合曲线

Fig.11 Dynamic equation fitting curves

样品	拟一级动力学方程			拟二级动力学方程
样品	k₁/min^-1	q_e，exp	R²	k₂/mg·（g·min）^-1	q_e，exp	R²
Mg⁃UiO⁃66⁃0.07	0.002	5.77	0.849	15.109	7.34	0.999

表1 Mg⁃UiO⁃66⁃0.07吸附有机氯化物的拟一级、拟二级动力学参数

Tab.1 Pseudo primary and pseudo secondary kinetic parameters of Mg⁃UiO⁃66⁃0.07 adsorption of organic chlorides

图12 颗粒内扩散模型拟合图

Fig.12 Fitting diagram of particle internal diffusion model

样品	k_1d/g∙mg^-1∙min^-1/2	R₁²	k_2d/g∙mg^-1∙min^-1/2	R₂²	k_3d/g∙mg^-1∙min^-1/2	R₃²
Mg⁃UiO⁃66⁃0.07	0.916	0.997	0.211	0.987	0.016 9	0.958

表2 Mg⁃UiO⁃66⁃0.07吸附有机氯化物的颗粒内扩散模型参数

Tab.2 Parameters of particle internal diffusion model for Mg⁃UiO⁃66⁃0.07 adsorption of organic chloride

图13 Langmuir和Freundlich吸附等温线拟合曲线

Fig.13 Fitting curves of Langmuir and Freundlich adsorption isotherms

样品	Langmuir			Freundlich
样品	K_L	q_max	R²	K_F	n	R²
Mg⁃UiO⁃66⁃0.07	0.225	22.36	0.997	1.913	1.33	0.987

表3 Mg⁃UiO⁃66⁃0.07在40 ℃吸附有机氯化物的吸附等温线拟合参数

Tab.3 Fitting parameters of adsorption isotherm of Mg⁃UiO⁃66⁃0.07 adsorbing organic chloride at 40 ℃

图14 热力学方程拟合曲线

Fig.14 Thermodynamic equation fitting curve

T/K

△G/ kJ·mol^-1

△H/kJ·mol^-1

△S/

J·（mol·K^-1）^-1

表4 Mg⁃UiO⁃66⁃0.07在40 ℃吸附有机氯化物的热力学曲线拟合参数

Tab.4 Thermodynamic curve fitting parameters of Mg⁃UiO⁃66⁃0.07 adsorption of organic chloride at 40 ℃

图15 吸附脱除氯化物的可能机理

Fig.15 Possible mechanism of chloride removal by adsorption

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