[发明专利]一种H2S选择性氧化催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种H₂S选择性氧化催化剂的制备方法及其应用，涉及一种金属‑有机骨架材料（MOFs）的制备、调控及其选择性催化氧化H₂S为硫磺的性能研究。以FeCl₃·6H₂O与对苯二甲酸（H₂BDC）为原料通过温和溶剂热法合成了Fe‑MOFs MIL‑53(Fe)。性能测试表明，在H₂S选择性氧化反应中，Fe‑MOFs MIL‑53(Fe)表现出很好的催化活性和选择性，并且活性稳定性高。同时，在合成Fe‑MOFs MIL‑53(Fe)过程中通过添加醋酸可实现对其形貌和性能的有效调控，进一步提高其H₂S选择性氧化性能。所得样品性能优于传统Fe₂O₃。

技术领域

本发明涉及一种金属-有机骨架材料（MOFs）的制备，具体涉及一种新型H₂S选择性氧化催化剂的制备及其应用，该应用不仅能消除剧毒的H₂S气体又能实现硫元素的资源化。

背景技术

硫化氢 (H₂S) 广泛存在于以煤、焦炭、渣油和天然气等为原料生产的化工原料气中，若未经过净化就直接进入下游的反应器，会造成下游催化剂中毒和设备腐蚀，排入大气中还会对环境造成污染。目前，H₂S的脱除主要采用克劳斯 (Claus法) 工艺。该工艺需先吸收H₂S后提浓，再通过进一步催化处理制取单质硫。能达到脱除H₂S气体的目的，又可实现其中硫元素的回收利用。但是由于热力学限制，克劳斯尾气中还含有3%-5%的硫化物未能转化成单质硫。随着环境法规日益严格，迫切需要开发一种不受热力学平衡限制，可高效脱除H₂S并实现S资源化的处理方法。

近年来，选择性催化氧化H₂S的方法受到人们的广泛重视，反应如式(1)所示。H₂S选择性催化氧化法不受热力学平衡限制，理论H₂S转化率可以达到 100 % 。并且该反应工艺先进，过程简单。因反应是放热反应，H₂S含量0.3 % 以上即可不需要外来热量，能耗低。因此，该反应具有良好的应用前景，实现这一过程的关键在于发展具有高效的催化活性及选择性的催化剂。

目前应用于H₂S选择性催化氧化领域的催化剂主要有碳材料、分子筛和金属氧化物。但从文献上看，以上催化剂仍存在不足之处。例如，活性炭、分子筛材料因其比表面积大、孔道丰富使其传质过程及产物硫脱附速率加快，但是该材料自身催化中心少，需要负载活性组分或进行改性后才具有催化性能，因而存在制备过程繁琐和活性组分在反应中易流失等问题；金属氧化物自身有催化活性位点，而且稳定性比较高，但比表面积较小，限制了其对H₂S的吸附，而且在反应中容易发生硫磺覆盖活性中心，使催化剂性能大幅降低。因此，除了在原有载体上改性外，发展新型高效的H₂S选择性氧化催化剂非常必要。