[发明专利]室温氧化硫化氢用碱性中孔炭催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明涉及室温氧化硫化氢用碱性中孔炭催化剂及制备方法和应用，为炭/硅复合材料经碱液处理后的碱性中孔炭，以酚‑醛为炭前驱体，硅溶胶为硬模板剂，经溶胶凝胶、干燥、炭化制得炭/硅复合材料，之后用碱液处理，使刻蚀与担载同步进行，最后干燥得到碱性中孔炭催化剂。将该催化剂装填于固定床吸附装置中，调节工艺参数，进行H2S的吸附实验。与现有技术相比，本发明即使在室温条件下对低浓度H2S进行吸附，也具有较高的穿透容量与饱和容量，且对传统的催化剂制备方法进行了改进，与常规的先刻蚀造孔、再担载改性的多孔炭制备方法不同，本发明将刻蚀与担载同步化，省去了传统模板法中刻蚀后需反复洗涤的步骤，既减小了制备的周期，又提高了材料的产率。

技术领域

本发明属于碳材料领域，尤其是涉及一种室温氧化硫化氢用碱性中孔炭催化剂及制备方法和应用。

背景技术

环境与发展问题一直是全球普遍关注的焦点问题，硫化氢作为一种高毒性、具有恶臭味、高腐蚀性的气体污染物，对工业的生产与人身的安全造成了极大的威胁，因此硫化氢的脱除已成为环境治理的重要组成部分。在工业上，硫化氢气体主要产生于油田的开采、天然气脱硫、煤焦化工业的废气等，硫化氢呈现酸性并具有强腐蚀性，常常腐蚀工业生产设备，且易与金属离子发生化学反应，致使催化剂中毒；同时，硫化氢含有剧毒，环境中其浓度达到600ppm以上，就能致人死亡。此外，人体分解食物时也会产生硫化氢，在潜艇、航天飞机等狭小密闭空间内，硫化氢的浓度随时间而逐渐增大，为了保障室内人员的安全，必须及时脱除密闭环境内所产生的硫化氢，使其处于对人体无害的浓度范围内。

现有的脱硫技术主要有吸收法、吸附法、克劳斯工艺，以及催化氧化法等。吸收法是将待处理气体与吸收液在吸收塔中逆流接触，从而达到脱除硫化氢的目的，其中以醇胺类液体作为吸收液的使用较为成熟，依靠胺类物质与硫化氢间的质子传递反应来选择性吸收硫化氢。吸附法是利用吸附剂通过物理或化学成键的作用将硫化氢吸附在材料表面或孔道内，常使用金属、金属氧化物、分子筛等材料作为吸附剂。这两种方法存在二次释放的问题，即材料吸附达到饱和时存在逆向释放硫化氢的风险，此外材料进行再生时，通过加热或其他方法，硫还是有可能以硫化氢的形式逸出，对逸出的硫化氢需要进行二次处理。工业上，常使用克劳斯工艺来脱除硫化氢，传统的克劳斯工艺是先将一部分的硫化氢燃烧生成二氧化硫，再将生成的二氧化硫与剩余部分的硫化氢反应生成单质硫，但由于热力学的限制与原料气的分配问题，脱硫后的气体中往往会残留少量的硫化氢。而催化氧化法适用于去除低浓度下的硫化氢，不存在热力学平衡的限制，其中改性后的中孔炭材料在室温下就能将硫化氢转换至单质硫，材料再生时可以用二硫化碳液体除去生成的单质硫，且不造成二次污染，通过材料的改性可以提高催化剂的脱硫性能。对多孔炭进行碱处理，一方面，孔结构利于水膜的形成，提供了硫化氢解离的条件，同时发达的介孔结构提供了较大的储存产物硫的空间，另一方面，材料碱性的增强促进了硫化氢的解离速度，提高了反应速率与脱硫效率。这种脱硫方法具有高硫容、条件温和、无二次污染等优势，适用于低浓度精脱硫。中孔炭材料虽然有诸多优势，但其制备工艺复杂、成本高，其应用往往受到限制。

近年来，利用多孔炭进行H2S脱除的研究较多，相应的多孔炭制备方法也有专利报道。中国专利CN106466617A公开了一种高比表面积富氮多孔炭的制备方法，其制备过程中为了去除模板剂会产生大量的酸洗废液，对环境不利。中国专利CN101347718A公开了一种用于脱硫的碱性活性炭，其脱硫性能还有较大的可提升空间。中国专利CN105107459A公开了一种可脱除硫化氢的核桃基活性炭，该制备过程工艺繁琐，且产物收率较低。中国专利CN102773075B公开了一种以SBA-15为模板剂制备脱除硫化氢用的多孔炭，该方法过程复杂，工艺繁琐，制备周期长，成本高。

以上专利提供了许多可用于脱除硫化氢的炭材料制备方法，但是大多数的工艺较为复杂，尤其涉及模板法时都需要经历酸洗或水洗的步骤，一方面造成环境污染，另一方面也降低了产物的收率。同时，也缺乏高脱硫能力的催化剂及其性能的研究。

发明内容