[发明专利]一种磷钨酸负载铁基MOF材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种磷钨酸负载铁基MOF材料，是在以铁盐和1,3,5‑苯三甲酸为原料的MOF材料前驱体溶液中加入磷钨酸，采用水热合成法制备得到的MOF材料，所述MOF材料将磷钨酸封装在MIL‑100(Fe)的孔笼中，磷钨酸负载质量百分比为20～40%。本发明制备的磷钨酸负载铁基MOF材料可以作为精脱硫催化剂，实现常温下H₂S的选择性催化氧化，解决目前中高温催化氧化H₂S易生成硫副产物和能耗高的问题，适用于天然气、石油和煤化学工业中含H₂S气体的精脱除处理。

技术领域

本发明属于精脱硫技术领域，涉及一种常温精脱硫剂，特别是涉及一种基于铁基金属有机框架材料的常温精脱硫剂，以及该常温精脱硫剂的制备方法和应用。

背景技术

煤炭、石油和天然气为主的化石原料是我国重要的基础能源，然而，这些化石能源中均含有以H₂S为主的多种含硫化合物，不仅会腐蚀管道和设备，还会使下游工艺中的催化剂中毒，对化工生产造成巨大影响；硫化物进入到空气中，会严重影响人类身体健康，比如高浓度H₂S会使人窒息，高浓度甲硫醚会使人神经麻痹等；同时，这些含硫化合物还会在高温燃烧过程中转化生成SO₂，SO₂随尾气进入到大气环境中会形成酸雨，腐蚀建筑物和露天装置，也会造成水体资源和农林资源的严重破坏。鉴于含硫化合物在生产过程中造成的巨大影响，如何实现更好的脱硫是非常重要的。

Claus过程是工艺过程中应用最为广泛的脱硫技术。但是受到热力学的限制，该工艺过程仅适用于高浓度H₂S的处理，而且尾气中仍然保留有3～5%的H₂S含量。

选择性催化氧化是一种具有良好发展前景，环保、经济且性能优良的脱硫方法。该方法是利用H₂S与具有氧化性的组分进行直接反应，被氧化生成单质硫，实现硫资源的回收再利用。

选择性催化氧化过程主要伴随着以下反应：

H₂S+1/2O₂→1/n S_n+H₂O　　　　1）；

1/n S_n+ O₂→SO₂　　　　　　　 2）；

H₂S+3/2O₂→SO₂+H₂O　　　　　3）。

其中，1）为主要反应，2）和3）是深度氧化后得到SO₂副产物的过程。

SO₂副产物的生成会极大的降低选择性催化氧化的选择性，所以在该过程中选择合适的催化剂是极其重要的。目前在选择性催化氧化领域受到广泛关注的是炭材料和金属氧化物材料。

Xinchen Wang等(N-Rich Carbon Catalysts with Economic Feasibility forthe Selective Oxidation of Hydrogen Sulfide to Sulfur[J]. EnvironmentalScience Technology, 2020, 54(19): 12621-12630.)通过直接热分解商业聚苯胺，得到富含N的碳材料作为催化剂，用于选择性氧化H₂S。材料中丰富的吡啶氮活性位点促进了H₂S的吸附和解离，实现了在180℃条件下99%的转化率和95%以上的超高选择性。