[发明专利]一种稀土-Cu-Fe活性炭吸附剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及吸附分离技术领域，特别是一种用于低浓度磷化氢净化的稀土-Cu-Fe活性炭吸附剂及制备方法和应用。

背景技术

磷化氢(PH₃)常温下是一种无色有恶臭味的气体，有剧毒，又称磷烷或膦，并在2003年列入中华人民共和国卫生部印发的《高毒物品目录》中。PH₃主要产生于黄磷生产、镁粉制备、乙炔生产、次磷酸钠生产和粮食仓储熏蒸杀虫等过程。它的排放会造成大气污染，危害环境和人体健康，并影响着含PH₃的黄磷尾气和电石炉尾气的再利用。黄磷尾气净化制取高纯度CO技术是我国“十五”化工环保攻关主要课题，但黄磷尾气中磷化氢气体的存在会使一碳化工催化剂中毒，严重制约了废物的资源化利用。为了利用尾气中的一氧化碳生产高附加产值的产品，就必须脱出黄磷尾气中的磷化氢杂质。目前，国内外对低浓度PH₃的净化技术较多，主要有燃烧法、化学氧化吸收法、催化氧化法和吸附法等。

燃烧法是传统的净化方法，该法工艺流程简单，容易实现对PH₃的净化效率可达到100％，但能量消耗大、气体驱动力小、处理量小，污染环境，极大地浪费一氧化碳资源。

化学氧化吸收法是利用磷化氢的还原性与含氧化剂(如次氯酸钠、高锰酸钾、硫酸、过氧化氢、磷酸等)的溶液与磷化氢进行化学反应，来实现磷化氢的净化。该法中需要消耗氧化剂，脱磷效率与氧化剂浓度密切相关，而吸收反应过程中氧化剂浓度下降很快，因而存在运行成本较高，脱磷效率易波动，装置可操作性差。

催化氧化法是用活性炭做氧化催化剂，在含有PH₃的气体中配入1％的氧气，并预热到110℃左右通过活性炭床层，PH₃在活性炭的催化氧化下氧化为P₂O₅和P₂O₃，由于活性炭对P₂O₅和P₂O₃的吸附量远比PH₃大，从而使气体得以进一步净化。每千克催化剂可净化尾气700～1000m³，相当于每净化1t的黄磷尾气需消耗2.5～4kg催化剂(未考虑再生)。催化氧化法的优点是脱磷效果好，净化度较高。缺点是活性炭的再生困难，失效也较快，同时还需消耗催化剂。

吸附法是利用吸附剂通过物理吸附或者化学吸附去除PH₃的净化方法。物理吸附利用吸附质分子和吸附剂之间的范德华力进行吸附的，通常磷化氢在吸附剂上的物理吸附性能较弱，因而相关研究不多。目前应用较多的是化学吸附，典型的吸附法有活性炭吸附法、金属氧化物及变温吸附法。美国专利编号US 5182088揭示以常用铜、锌氧化物为活性组分，再添加AgO、HgO等促进剂，以共沉淀法制备的化学吸附剂，化学吸附剂具有显著提升的吸附容量，但由于需添加贵金属(AgO)或高污染性重金属(HgO、CdO)等促进剂，势必增加制作成本与日后废料的处理费用。

活性炭吸附法是利用PH₃的还原性与活性炭上的活性组分反应生成P₂O₅和P₂O₃来实现黄磷尾气的深度净化。活性炭具有较大的比表面积和各种活性基团，可以单独作为吸附剂或改性载体吸附处理废气中各种污染物，是吸附净化的首选材料之一，活性炭的吸附能力主要决定于活性炭的孔结构，为了提高其吸附效率和改善其吸附选择性及其催化性能，往往需要对活性炭的孔隙结构进行调整以及改变其表面化学性质。但新鲜活性炭对PH₃的吸附容量并不高。在活性炭中浸渍某些金属化合物做改性剂，可以显著增强活性炭的催化活性，既可以降低反应的温度，也可以大大提高吸附容量。

以上几种方法均存在脱磷精度不高、能耗高、效率低、流程复杂、投资大或二次污染等缺陷，尤其是对PH₃的吸附容量并不高。使用上述方法净化过的黄磷尾气未能达到一碳化工的要求，黄磷尾气是富含一氧化碳的的气源，但由于其含有磷化氢杂质限制了黄磷尾气的综合利用。因此研发出一系列高吸附容量的吸附剂从黄磷尾气中去除磷化氢杂质且达到较好的净化效果是一项紧迫的任务。

发明内容