[发明专利]一种室温高效催化氧化脱硫的无金属催化剂的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于功能催化材料制备及环境友好催化应用技术领域，尤其涉及一种室温高效催化氧化脱硫的无金属催化剂的制备方法。

背景技术

 硫化氢(H₂S)是一种常见的有毒有害酸性气体，广泛存在于许多工业过程中，如天然气加工、生物气净化、石油炼制、化工过程、炼焦炉、煤焦油气化及各类工业尾气[Ghosh TK, et al. Chem. Eng. 1986; 64: 960?968]。它不仅会腐蚀管道设备、毒化催化剂，而且污染环境，对人体和生态造成很大的危害。因此，硫化氢的有效去除无论对能源化工、还是环境治理都具有十分重要的现实意义。H₂S的脱除技术可分为湿法和干法两大类。湿法工艺一般用于H₂S的粗脱，干法主要适用于湿法脱硫后进一步的精脱除。活性炭具有较大的比表面积和易于调变的表面活性，在室温下具有较好的吸附催化性能，是一种经典的脱硫剂，特别适于低浓度H₂S的精制过程[吴浪等，低温与特气. 2005, 23(2), 5-9]。在无氧环境中，物理吸附和化学吸附是活性炭脱除H₂S的主要途径；而在有氧条件和一定湿度时，炭可以直接作为催化剂催化H₂S与氧气反应生成单质硫[Adib F, et al. J. Colloid Interface Sci. 1999,214(2), 407-415]。

低温选择性催化氧化硫化氢为单质硫，不仅能消除H₂S的危害，还能回收催化产生的单质硫，是一种环境友好、低成本和绿色经济的技术手段[Fugen Sun, et al. ACS Catal. 2013, 3,862-870]。然而，活性炭丰富的微孔结构致使其孔容较小，不利于催化产物单质硫的传输和存储，故活性炭的穿透硫容局限在0.2-0.8 g H₂S/g催化剂[Yonghou Xiao, et al. Sep. Purif. Technol. 2008, 59(3), 326–332]；而且，活性炭的超微孔对硫具有很强的吸附作用，再生后的硫容仅为首次的60%[Andrey B, et al. Carbon 2001, 39(9),1319-1326]。

随着新型碳质材料如碳纳米管、有序介孔碳等的不断涌现，为无金属炭催化脱硫研究带来了新的发展方向。大量活性炭脱硫的应用研究启示我们，提高硫容的关键在于提高催化材料的反应活性和产物硫的存储空间。碳纳米管具有独特的一维结构，且石墨化程度较高，一定湿度下，H₂S解离的HS^-离子易于在其外表面快速迁移，具有较好的氧化脱硫性能；但受限于其比表面积较小，饱和硫容最高仅达到1.86 g H₂S/g催化剂[Qingjun Chen, et al. Carbon 2011, 49, 3773–3780]。介孔碳具有较大的中孔孔隙，有利于硫的存储；同时通过氮掺杂可提高材料的表面碱性，增加碳边缘位和缺陷位的数量，强化H₂S的吸附解离，增强其催化能力。氮掺杂介孔碳的穿透硫容可提高至2.77 g H₂S/g催化剂[Fugen Sun, et al. ACS Catal., 2013, 3, 862–870]。但介孔碳材料的制备一般采用有机模板或硅模板法，操作流程长，原料成本高，不易实现工业化生产。因此，亟待开发一种制备方法简便、产物结构可控、适于规模化生产，兼具碳纳米管和介孔碳的优势，在室温下即具有优异催化脱硫性能的新型分级多孔碳质材料催化剂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种室温高效催化氧化脱硫的无金属催化剂的制备方法，通过两段式化学气相沉积法实现了碳纳米笼-碳纳米管复合物的原位合成，经碱处理后得到一种在室温下就可高效催化氧化脱硫的无金属催化剂。

本发明所采用的技术方案如下：一种室温高效催化氧化脱硫的无金属催化剂的制备方法，按照如下步骤进行： 

(1) 将铁盐分散在中性溶剂中得到铁盐溶液；

(2) 将纳米碳酸钙置入上述铁盐溶液中，充分浸渍；

(3) 将上述浸渍混合物过滤，干燥，得到负载有铁盐的纳米碳酸钙；