活性炭吸附二硫化碳的红外研究

1、第27卷第1期2004年1月煤炭转化COAL CONV ER S I ONV o l .27N o.1Jan .20043太原市科委启明星项目.1博士生、讲师;3中国工程院院士、教授、博士生导师,煤科学与技术山西省和教育部重点实验室,太原理工大学030024太原;2教授、博士生导师,中国海洋大学化工学院,266071山东青岛收稿日期:2003208231;修回日期:2003211216活性炭吸附二硫化碳的红外研究3郭波1李春虎2谢克昌3摘要利用玻璃真空系统,采用原位红外动态方法,分别研究了30,40,50活性炭A ,B ,C ,D 吸附CS 2的行为,红外谱图显示4种活性炭吸附CS 2主要是物

2、理吸附,但浸渍了有机胺的改性活性炭C 和活性炭D 上发现,有活性组分中的N 原子与CS 2和碳链共同作用所形成的可逆的弱的化学吸收峰.与空白活性炭A 相比较,样品C 和D 的CS 2吸收峰面积明显增大,而浸渍KO H 的样品B ,其CS 2吸收峰面积没有增大.关键词活性炭,二硫化碳,FT I R 红外光谱,吸附机理中图分类号TQ 42411,O 6571330引言二硫化碳广泛用于冶金、农药、橡胶和粘胶纤维等工业领域,工业原料气中微量CS 2的存在会使化工生产中的各种催化剂中毒失活,严重影响使用寿命和产品质量.煤中CS 2的脱除目前主要采用化学脱硫法,微生物脱有机硫现在还处于实验室阶段.1活性炭

3、脱除CS 2是广泛采用的化学脱硫方法之一,而通过浸渍活性组分制得的改性活性炭可以使其硫容得到提高,本文利用傅立叶原位红外光谱技术,旨在考察CS 2在4种不同活性炭上吸附过程中表面的变化,为该脱硫剂的进一步开发提供理论依据.1实验部分1.1实验样品活性炭样品取自新华化工厂提供的Z L 30型活性炭.样品A 空白活性炭;样品B 经KO H 溶液浸渍、干燥后得到的活性炭;样品C 经乙二胺与乙醇混合溶液浸渍、干燥后得到的活性炭;样品D 经KO H 溶液和乙二胺与乙醇混合溶液浸渍、实验采用自行设计和安装的一套玻璃真空吸附系统,它主要包括两部分,一部分为重量法吸附系统;另一部分为红外吸收池真空处理系统.其

4、装置流程图见文献2.表1活性炭样品的物性参数T ab le 1Physical p roperty of activated carbonA ctivated carbon BET surface area (m 2g -1Po re vo lum e (mL g -1M icropo re vo lum e (mL g -1M ean po resize nm A 1018.75656.010.3580.06472.183温度:30,40,50;CS 2取自分析纯二硫化碳液体上方的饱和蒸气;吸附前系统真空度:10-3Pa10-4Pa ,可满足实验要求.将样品压片置入红外吸收池中的两个样品架中

5、的任意一个,并将红外吸收池接入动态系统中,扫描,摄样品本底谱图,见图1(a 和图1(b .在实验温度下,对系统抽真空约1h ,得到一个清洁的催化剂表面,摄谱图 .图1样品(A ,B ,C ,D 的本底图F ig .1Background of activated carbon A ,B ,C and D将CS 2气体通入系统,样品进行吸附,约1h 吸附达平衡,用红外扫描样品,得吸附CS 2后样品的红外光谱图.系统再次抽真空,对样品进行脱附,约1h 后扫描,得脱附后活性炭样品红外谱图.第56页图2a 2c 所示为样品C 在30下的本底、抽真空后、吸附、脱附四种状态下的图谱.因其他样品吸收峰的情况

6、与此相似,故以该谱图为代表.2结果与讨论2.1活性炭样品的本底4种活性炭样品本底见图1.其中:(1为样品A的本底;(2为样品B 的本底;(3为样品C 的本底;(4为样品D 的本底.图1(a 中4种样品在2919c m-1将CS 2气体引入系统中,经约1h 的吸附后,扫描、摄图,发现本底上的1541c m -1和1528c m -1处的峰又重新出现且其峰面积随时间的增加变大变宽,如图2c 中的(3所示;本底上抽真空后依然存在的2919c m -1和2851c m -1处的峰仍未消失且峰面积和峰的大小没有变化,如图2a 所示;在2196c m-1,2179c m -1和2167c m -1处出现新

7、的三个峰,在2333c m -1和2317c m -1处也有弱小峰形成,如图2b 中的(3所示.4种活性炭不同温度下分别在1600c m -11450c m -1和2400c m -12100c m -1处吸收峰的面积见第56页表2和表3.2.4吸附CS 2后抽真空脱附的活性炭样品吸附CS 2的样品抽真空脱附后得到的谱图显示:吸附CS 2后形成的峰消失,即在1550c m -11509c m -1处的峰,在2196c m -1,2179c m -1和2167c m-1由上述各吸收峰出现与消失的情况分析可知:1在4种活性炭样品本底上即存在的2919c m-1和2851c m -1处的峰,它不随真

8、空度、吸附和脱附的影响而消失变化,由此认为是样品碳骨架上饱和C H 键伸展振动吸收峰;而在活性炭C ,D 本底上出现的2196c m -1和2179c m -1出现的弱小峰,则可能与浸渍有机胺活性组分有关,查文献355第1期郭波等活性炭吸附二硫化碳的红外研究图2样品C在30下四种状态的谱图F ig.2Infrared spectra of activated carbon C at30in differen t condi on s(1Background;(2V acuum supp ly befo readso rbing CS2;(3A fter adso rbing CS2;(4aft

9、er deso rp ti on判断可能是N原子与碳骨架上的C C C键或碳碳三键发生作用形成的弱吸收峰.24种活性炭本底上存在的1541c m-1和1528c m-1处的峰,抽真空时即消失,而在吸附CS2后,这两处的峰变宽变大,根据文献3,认为这是CS2的吸收峰,从它形成与消失的情况分析,CS2在活性炭上的吸附应属物理吸附,可能的吸附模型有:表21600c m-11450c m-1处吸收峰面积T ab le2Peak area fo r adso rb ing CS2betw een1600c m-1and1450c m-1A ctivated carbonT emperature 3040

10、50表32400c m-12100c m-1处吸收峰面积T ab le3Peak area fo r adso rb ing CS2betw een2400c m-1and2100c m-1A ctivated carbonT emperature 304050在吸附CS2后新出现的2196c m-1,2179c m-1和2167c m-1处的三峰以及2333c m-1和2317 c m-1处的弱小峰,根据它们出现的位置判断可能是碳骨架上的CC C键或碳碳三键与CS2以及活性组分中的N原子共同作用产生的可逆吸附的弱化学吸收峰,其可能的吸附模型有:N C S;S C N;C N+H;N C.3在

11、抽真空、吸附和脱附中存在的236018c m-1和234017c m-1处向上的弱小峰,可能是CO2的干扰峰.23结论1由表2、表3可看出,改性活性炭C,D的CS2吸收峰面积与空白活性炭A比较明显增大.活性炭表面改性所产生的官能团对其吸附特性会有重大影响.4由于样品C,D为浸渍有机胺的改性活性炭,65煤炭转化2004年 活性组分与CS2发生相互作用,增强了活性炭表面对CS2的吸附能力,从而使其吸附量增大;而浸渍无机碱KO H的样品B,其CS2吸附量没有增加.2从CS2的吸收峰形成与消失的情况可看出, CS2在4种活性炭上的吸附主要是物理吸附.由表2、表3可知,活性炭A,C吸收峰面积随温度的升高

12、而增大,活性炭B的变化不太大,活性炭D随温度的升高下降较快;其中30,40时样品D的吸附量最大,50时样品C的吸附量最大;活性炭A, B,C在50时吸附量最大,CS2的凝聚温度为46125,说明当吸附温度在接近于凝聚温度时,物理吸附中以CS2的凝聚为特征的吸附起重要的作用.参考文献2郭波.活性炭吸附CS2行为的研究.硕士学位论文.太原:太原理工大学,1999FT IR STUDY ON BEHAV I OR OF AD S ORB ING CS2B Y ACT IVATED CARB ONGuo BoL i Chunhu3and X ie Kechang(K ey L abora tory F

13、 or Coa l S cience and T echnology of S hanx i P rov ince and M in istry ofE d uca tion,T a iy uan U n iversity of T echnology,030024T a iy uan;3Colleg eof Che m ica l E ng ineering and T echnology,O cean U n iversityof Ch ina,266071Q ing d aoABSTRACTT he adso rp ti on s of CS2w ere investigated at3

14、0,40and50on activated carbon A,B,C and D by FT I R equ i pp ed w ith a set of glass2vacuum app aran ts.T he resu lts show ed that CS2adso rp ti on w as m ain ly p hysical adso rp ti on.W eak reversib le chem ical adso rp ti on p eak w ere found in infrared sp ectra of the activated carbon C and D w h ich w ere i m p regrated w ith o rgan ic am ine.Com p ared w ith b lank activated carbon A,the CS2adso rp