[发明专利]一种碳纤维核壳催化剂在催化水解富CO尾气中羰基硫和甲硫醇中的应用

说明书

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种碳纤维核壳催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的碳纤维核壳催化剂以碳纤维为核，金属氧化物为壳；所述金属氧化物均匀分布在碳纤维的表面；所述金属氧化物中的金属为铁、铜、铝、锌、镍、钴、锰、镧、铈、镨和钕中的一种或多种。本发明以碳纤维为核，碳纤维具有较大的比表面积和良好的吸附性能，有利于气体在催化剂上的吸附以及金属氧化物的分散；金属氧化物作为活性组分均匀分散在碳纤维表面，提高了活性组分的分散度和利用率，进而提高了催化剂的活性。实施例的结果表明，将本发明的碳纤维核壳催化剂用于催化水解富CO尾气中的羰基硫和甲硫醇，对羰基硫和甲硫醇的去除率可达到100％。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种碳纤维核壳催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

金属、非金属矿冶还原熔炼过程中会产生富含CO的尾气。这些富CO尾气可以用于碳一化工原料气的制备。然而，富CO尾气中含有微量的有机硫杂质，主要包括羰基硫（COS）和甲硫醇（CH₃SH）等。一方面，COS和CH₃SH的存在会影响工业尾气中CO的利用，不仅会造成催化剂中毒，还会腐蚀管道和损害设备；另一方面，COS和CH₃SH排放到大气中会产生严重的恶臭味，且不易分解，会对大气环境造成严重的影响。因此，COS和CH₃SH的同时脱除已经成为制备碳一化工原料气必须解决的问题。

COS和CH₃SH气体的脱除方法主要分为干法和湿法。相比湿法脱硫技术，干法具有更高的抗中毒性能、更高的选择性、更低的操作成本和更少的二次污染。干法中的催化水解法具有较高的催化选择性和较低的操作温度等优势，并且还原性工业炉窑尾气中含有少量的水蒸气，可直接参与水解反应，反应产物为H₂S、CO₂和CH₃OH，其中的H₂S可以用于制备硫磺等，CH₃OH可以用于甲醛和甲酸的合成等。

在同时脱除COS和CH₃SH的研究中，催化剂的选取至关重要。目前常用的脱除COS和CH₃SH的催化剂包括炭基、金属氧化物、铝基材料等，其对COS和CH₃SH的脱除效果仍有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维核壳催化剂及其制备方法和应用，本发明的碳纤维核壳催化剂具有良好的催化性能，可以高效脱除COS和CH₃SH。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳纤维核壳催化剂，以碳纤维为核，金属氧化物为壳；所述金属氧化物中的金属为铁、铜、铝、锌、镍、钴、锰、镧、铈、镨和钕中的一种或多种。

优选的，所述碳纤维核壳催化剂的直径为300~500nm。

本发明提供了上述方案所述碳纤维核壳催化剂的制备方法，包括以下步骤：将高分子聚合物溶解于二甲基甲酰胺溶液中，得到核溶液；所述高分子聚合物为聚丙烯腈或聚乙烯醇；所述高分子聚合物的分子量为8万~25万；

将金属盐溶于水中，得到壳溶液；所述金属盐为硝酸铁、硫酸铁、硝酸铜、硫酸铜、硝酸铝、硫酸铝、硝酸锌、硫酸锌、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨和硝酸钕中的一种或多种；

将所述核溶液注入同轴针头的内层，所述壳溶液注入同轴针头的外层，进行同轴静电纺丝，得到具有核壳结构的催化剂前驱体；

将所述催化剂前驱体在保护气氛下进行烧结，得到碳纤维核壳催化剂。

优选的，所述核溶液中高分子聚合物的质量含量为8~15%。

优选的，所述壳溶液中金属盐的质量含量为1~20%。