Stickstoffverbindungen aus Diesel entfernen durch Adsorption an kupferhaltigen Zeolithen
In Treibstoffen enthaltene Schwefel- und Stickstoff-Verbindungen setzen bei der Verbrennung Schwefel- und Stickoxide frei, die die Umwelt belasten. Daher wird immer größerer Wert darauf gelegt, dass Benzin, Diesel und Kerosin möglichst frei von diesen Stoffen sind. Forscher der University of Michigan haben eine neue Methode entwickelt, um unliebsame Stickstoffverbindungen aus Diesel zu entfernen.
Die klassiche Stickstoffentfernung aus Treibstoffen erfolgt gemeinsam mit der Entschwefelung durch katalytische Umsetzung mit Wasserstoff bei hohen Drücken und Temperaturen. Rohöl enthält zwei Klassen von Stickstoff-Verbindungen: Heterozyklen - ringförmige Kohlenwasserstoffe mit einem Stickstoffatom im Ring - und Nicht-Heterozyklen - Verbindungen, bei denen der Stickstoff nicht in einen Ring inkorporiert ist, wie beispielsweise Aniline und offenkettige Amine. Während man die Nicht-Heterozyklen per Hydrierung recht gut los wird, reagieren die Stickstoff-Heterozyklen zu langsam, um effektiv aus dem Rohöl entfernt zu werden. Zu den Heterozyklen zählen vor allem der Sechsring Pyridin und der Fünfring Pyrrol sowie Verbindungen, die einen dieser aromatischen Ringe als Bauelement enthalten.
Ralph T. Yang und Arturo J. Hernández-Maldonado suchten nach einer adsorptiven Methode, um diese störenden Stickstoffverbindungen selektiv zu entfernen. Durch ein Screening fanden die Forscher ein geeignetes Adsorbens: Einen speziellen Zeolithen, der mit einfach positiv geladenen Kupferionen beladen wird. Zeolithe sind kristalline, poröse Silikate mit käfigartigen Poren. Gelangen aromatische Stickstoffverbindungen in die Poren des Zeolithen, bilden sie Komplexverbindungen mit den Kupferionen. Diese binden stickstoffhaltige Aromaten besser als andere Aromaten, wie Benzol und Organo-Schwefelverbindungen.
Der Stickstoffgehalt von handelsüblichem Diesel konnte mit Hilfe des Kupfer-Zeolithen von 83 ppm auf unter 0,1 ppm (0,1 Millionstel Gramm pro Gramm Diesel) gesenkt werden. Die Absorption läuft bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck, und das Adsorbens ist vollständig regenerierbar - gute Voraussetzungen für eine großtechnische Anwendung.
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