Adsorption performance of ZSM-5 and MCM-41 molecular sieves for light hydrocarbons and liquefied petroleum gas

分子筛 吸附 液化石油气 石油 ZSM-5型 碳氢化合物 化学工程 化学 有机化学 工程类
作者
Wenxing Qi,Tongyuan Liu,Lihong Nie,Hongtao Jiang,Beifu Wang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5cp01961c
摘要

Minor hydrocarbon emissions during crude oil storage and transportation lead to resource loss and environmental risks. However, conventional adsorbents exhibit low selectivity and limited adsorption capacity for light hydrocarbons (C2-C4). In this study, dynamic adsorption experiments combined with molecular simulations were employed to elucidate the adsorption mechanisms of light hydrocarbon molecules on microporous ZSM-5 and mesoporous MCM-41. Experimentally, ZSM-5 exhibits a higher adsorption capacity for lighter alkanes, with an ethane adsorption capacity of 76.96 mg g-1, which is approximately 2.5 times that of isobutane. In contrast, MCM-41 achieves superior adsorption of larger alkanes (isobutane: 177.58 mg g-1) owing to its exceptional surface area (969.9 m2 g-1), representing a 5.7-fold increase compared to ZSM-5. The simulations revealed distinct mechanisms: the diffusion coefficients in ZSM-5 are governed by size-pore matching, while the adsorption behavior of MCM-41 is predominantly influenced by intermolecular interactions. This work establishes a pore engineering strategy that synergistically integrates size exclusion (in micropores) and surface-mediated molecular stacking (in mesopores), providing theoretical guidance for designing hierarchical adsorbents to mitigate light hydrocarbon emissions from crude oils of various origins.
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