改性凹凸棒對柴油的脫色研究

劉 芳，鄭艷萍，朱彥榮，李天敏，權(quán) 文，馬繼昱

(蘭州城市學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

改性凹凸棒對柴油的脫色研究

劉 芳，鄭艷萍，朱彥榮，李天敏，權(quán) 文，馬繼昱

(蘭州城市學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

以凹凸棒石黏土為載體，F(xiàn)e(NO3)3為活性組分，采用浸漬法制備了油品脫色劑。通過實(shí)驗(yàn)確定了脫色劑的最佳制備條件:浸漬4.5h，焙燒溫度400℃，焙燒5h，F(xiàn)e(NO3)3加入量為4%，在此條件下，0#柴油脫色率為98.6%。改性凹凸棒脫色劑不僅對柴油脫色效率高，同時(shí)引入凹凸棒吸附柴油中微量的水分、膠質(zhì)、硫化物等，從而提高了柴油品質(zhì)。

Fe(NO3)3；凹凸棒； 0#柴油；脫色

柴油由于精制過程不充分，通常含有微量的雜質(zhì)如膠質(zhì)、烯烴或二烯烴、含硫、含氧或含氮非烴類化合物等，致使產(chǎn)品顏色較深，具有不愉快的氣味，使油品的使用性能降低，且因外觀質(zhì)量較差而對銷售不利。對油品脫色精制處理后，可減少對環(huán)境和人體的影響，延長發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，減少機(jī)械故障，對推廣新的技術(shù)革命具有重要意義[1-2]。

凹凸棒石(Attapulgite)又名坡縷縞石、漂白土、凹土。由于凹凸棒石的結(jié)晶習(xí)性、結(jié)晶形態(tài)、沉積方式和內(nèi)部孔道等多種因素而賦予其很高的比表面積，凹凸棒石表面固有的原子結(jié)構(gòu)和活化處理產(chǎn)生的表面電荷不平衡現(xiàn)象形成了吸附中心，二者的結(jié)合使凹凸棒石具有良好的吸附性能，具有脫色、吸水、除臭、催化、離子交換、分散、熱穩(wěn)定等作用[3-7]。本文以凹凸棒石黏土為載體，鹽酸為改性劑，F(xiàn)e(NO3)3為活性組分，采用浸漬法制備了改性凹凸棒脫色劑，對0＃柴油進(jìn)行脫色處理，以提高柴油品質(zhì)，為其工業(yè)化應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

凹凸棒黏土（工業(yè)級），硝酸鐵（分析純），鹽酸（分析純），0#柴油。

Nicolet5700型傅里葉變換紅外光譜儀，722G型可見分光光度計(jì)，EX-Calibur型X射線能譜儀，OXFORD51-XMX型SEM掃描電鏡，SYD-2122B型石油產(chǎn)品微量水分試驗(yàn)器，SYD-380D型石油產(chǎn)品硫含量試驗(yàn)器，SYD-265C型石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測定器，SYD-261型石油產(chǎn)品閃點(diǎn)測定儀，SYD-510F1型多功能低溫試驗(yàn)器，SYD-1884A型石油產(chǎn)品密度試驗(yàn)器，SYD-509A型發(fā)動(dòng)機(jī)燃料實(shí)際膠質(zhì)試驗(yàn)器。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 改性凹凸棒脫色劑的制備

用1%的鹽酸對凹凸棒石進(jìn)行酸化處理，去除部分雜質(zhì)和易溶物（凹凸棒石與鹽酸溶液質(zhì)量比為1/3），靜置24h，用蒸餾水洗滌至pH值為6～7，沉降，上層清液棄去后抽濾，濾餅在105℃下烘干，冷卻至室溫，把干餅?zāi)コ闪?.178mm的粉末置于干燥器內(nèi)備用。稱取一定量的硝酸鐵，配制成溶液，加入三口燒瓶中。再加入15g的改性凹凸棒石，常溫?cái)嚢?h后105℃下烘干，放入坩堝并移入馬弗爐中，進(jìn)行高溫焙燒處理，冷卻后磨成粒徑0.15mm的粉末得到脫色劑成品。

1.2.2 柴油脫色方法

移取50mL的柴油裝入125 mL的漏斗中，在吸附柱中裝入制備好的10g脫色劑成品，對柴油進(jìn)行常溫常壓脫色。

1.2.3 脫色率的測定方法

采用可見分光光度計(jì)在446nm處測定脫色前后柴油的吸光度E0、E1。

1.2.4 油品性能的測定方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 380-1977《石油產(chǎn)品硫含量測定法（燃燈法）》、GB/T 265-1988《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測定法和動(dòng)力黏度計(jì)算法》、GB/T 510-1983《石油產(chǎn)品凝點(diǎn)測定法》、GB/T 1884-1992《石油和液體石油產(chǎn)品密度測定法（密度計(jì)法）》、SH/T 0248 -1992《餾分燃料冷濾點(diǎn)測定法》、GB/T 261-1983《石油產(chǎn)品閃點(diǎn)測定法（閉口杯法）》、GB/T 509-1988《發(fā)動(dòng)機(jī)燃料實(shí)際膠質(zhì)測定法》等分別測定了柴油脫色前、后的各項(xiàng)性能，并進(jìn)行對比。

2 結(jié)果與討論

2.1 活性組分的篩選

活性組分質(zhì)量取凹土質(zhì)量的4%，浸漬3h，焙燒溫度為450℃，焙燒3h，在此條件下制得脫色劑，考察含有不同活性組分的脫色劑對柴油脫色效果的影響，結(jié)果見表1。

表1 活性組分對脫色率的影響Tab.1 Influence of active ingredients on the decolorization rate

由表1可知，活性組分負(fù)載在凹凸棒上形成活性中心，不同的活性中心吸附著色物質(zhì)能力不同。其中負(fù)載了Fe(NO3)3的凹土脫色率最高，為97.1 %，因此本實(shí)驗(yàn)選擇Fe(NO3)3作為脫色劑的活性組分。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本實(shí)驗(yàn)以活性組分的浸漬時(shí)間、活性組分的用量、焙燒時(shí)間和焙燒溫度為影響因素，脫色率為評價(jià)指標(biāo)，選用L9(34)正交表研究最佳的脫色劑制備工藝條件，因素水平見表2，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

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

由表3極差R可知，各因素影響脫色率大小順序?yàn)锽＞D＞C＞A。最佳合成工藝為A3B2C3D1，即浸漬時(shí)間4.5h、Fe(NO3)3的用量為4%、焙燒時(shí)間5h和焙燒溫度400℃。以最佳工藝條件制備脫色劑并對0#柴油進(jìn)行脫色，測得脫色率為98.6%。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of orthogonal experiment

2.3 脫色劑的紅外光譜表征

采用KBr壓片法對改性凹凸棒脫色劑進(jìn)行了紅外表征，結(jié)果見圖1。

圖1 凹凸棒脫色劑的紅外光譜圖Fig.1 FT-IR spectrum of the attapulgite discolouring agent

圖譜分析:4000～3000cm-1為-OH的伸縮振動(dòng)區(qū)域，凹凸棒脫色劑在3460cm-1處的吸收峰是由與[Fe,Al]相連的羥基伸縮振動(dòng)引起的，1640～1660cm-1為-OH的彎曲振動(dòng)區(qū)域；在1388cm-1附近可能為方解石的特征峰；1400～400cm-1為Si、Al成鍵區(qū)域；在1032cm-1處為νas(Si-O-Si)；在低頻區(qū)600～410cm-1可能為三價(jià)鐵離子的振動(dòng)區(qū)[8]。

2.4 XRD分析

分別對凹凸棒原土和負(fù)載了活性組分的改性凹凸棒進(jìn)行XRD表征，結(jié)果見圖2。

通過XRD譜圖分析可知，凹凸棒負(fù)載活性組分前后凹凸棒的衍射峰強(qiáng)度發(fā)生比較明顯的變化，并且出現(xiàn)了Fe2O3（2θ=30.1°，2θ=35.0°）的特征峰，說明經(jīng)過凹凸棒酸改性以及活性組分負(fù)載，使得Fe2O3成功進(jìn)入凹凸棒的骨架。

圖2 XRD圖譜Fig.2 XRD image

2.5 SEM分析

分別對凹凸棒原土和負(fù)載了活性組分的改性凹凸棒進(jìn)行SEM表征，其結(jié)果見圖3。

圖3 凹凸棒（a）、凹凸棒石基Fe2O3（b）的SEM 圖片F(xiàn)ig.3 The SEM images of attapulgite(a), attapulgite of Fe2O3（b）

由SEM圖可知，負(fù)載前后凹凸棒形貌基本沒有發(fā)生變化，仍然保持良好的棒狀結(jié)構(gòu)，此外沒有出現(xiàn)金屬氧化物團(tuán)聚的不規(guī)則形貌，表明Fe2O3均勻分布在凹凸棒的表面。

2.6 脫色前后柴油性能的對比

脫色前后柴油樣品的性能對比見表4。由表4可知，脫色后的柴油其實(shí)際膠質(zhì)、硫含量和水分含量都有明顯的減少，說明本實(shí)驗(yàn)合成的脫色劑對柴油的品質(zhì)有較大的改善。

表4 柴油樣品的性能Tab.4 Properties of diesel

3 結(jié)論

1）經(jīng)過改性的凹凸棒對柴油脫色效果顯著。脫色劑制備的最佳工藝條件為:1%鹽酸為改性劑、Fe(NO3)3用量為4%、浸漬4.5h、焙燒溫度400℃、焙燒5h。以最佳工藝條件制備脫色劑并對0#柴油進(jìn)行脫色，測得脫色率為98.6%。

2）分別對脫色前后的柴油性能做了測試對比，其中實(shí)際膠質(zhì)、硫含量和水分等有了明顯的改善。本脫色劑制備原料便宜易得，制備工藝簡單，用于柴油的精制具有成本低、效果好的優(yōu)點(diǎn)，具有進(jìn)一步研究和應(yīng)用的價(jià)值。

[1] 劉公召.粗柴油脫色的幾種方法[J].遼寧化工，1996(5): 5-7.

[2] 趙秋萍，李金財(cái)，黃文斌，李瀾，王青寧.凹凸棒石黏土用于C9芳烴的脫色研究[J].非金屬礦，2011，34 (5): 62-65.

[3] 周濟(jì)元，崔炳芳.國外凹凸棒石黏土的若干情況[J].資源調(diào)查與環(huán)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] 鄭茂松，王愛勤，詹庚申.凹凸棒石黏土應(yīng)用研究[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[6] 宗緒偉，王青寧，姜瑞雨，葉業(yè)通.凹凸棒石黏土脫色劑對碳九餾分進(jìn)行脫色[J].化工進(jìn)展，2009，28(11): 1969-1973.

[7] 王青寧，申濤，李瀾.凹凸棒黏土脫色劑對航空煤油脫色研究[J].非金屬礦，2007，30(2):40-42.

[8] 韓維亮.改性凹凸棒石納米氧化鋅脫硫劑的實(shí)驗(yàn)研究[D].蘭州:蘭州理工大學(xué)，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

劉芳（1987-），女，甘肅人，碩士，主要研究催化劑的合成及應(yīng)用，E-mail:liufangq@163.com

2015-03-05