[发明专利]一种金属掺杂有序介孔碳脱硫催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种催化H₂S选择性氧化金属掺杂有序介孔碳材料的制备方法和应用，本发明的技术要点为利用无溶剂合成方法，通过固相研磨实现均匀混合，然后煅烧除模板得到结构稳定的有序介孔材料。该合成方法简单，耗时短，制备过程中不需加入溶剂，原子利用率高,无任何废液产生，且该材料具有丰富的活性位点，在催化H₂S选择性氧化性能测试中展现出高的活性和选择性。本发明所制备的金属掺杂有序介孔碳复合材料在温度为150℃下便具有高达100%H₂S转化率，对S的选择性80%以上，适用于中低温催化氧化H₂S气体。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及到一种金属掺杂有序介孔碳脱硫催化剂及其制备方法和在H₂S选择性氧化反应中的应用，该合成方法具有简单环保，无废液产生的特点，制备的催化剂能有效消除剧毒的H₂S气体。

背景技术

H₂S气体是常见的有害气体之一，无色，有臭鸡蛋气味，高毒性，广泛存在于工业用气和化工废气中。H₂S气体的存在不仅会腐蚀管道、仪器、设备，使催化剂发生中毒以致失活，还会影响产品质量并造成环境污染，当浓度大于700 ppm时，会对人与动物的生命造成危害。所以如何有效处理H₂S气体是石油工业和天然气工业发展进程中迫切需要解决的问题。常用的H₂S脱除工艺是克劳斯工艺，该工艺先将H₂S气体浓缩再通过进一步催化处理转化成单质硫，既能达到有效脱除H₂S的目的，又能将生成的单质硫回收利用资源化。受热力学平衡限制，仍有3%-5%的H₂S存在于克劳斯尾气中。考虑到低浓度尾气仍然能对环境造成不利影响，又研发出了低温克劳斯尾气处理工艺。该工艺中H₂S除了发生主反应生成S单质，还会发生副反应生成SO₂。因此研发人员致力于开发出高效稳定转化率高，对S选择性好的脱硫催化剂。目前常用的H₂S选择性氧化脱硫催化剂有分子筛，多孔碳，金属氧化物，等等。

碳材料由于具有比表面大，孔隙率高，吸附性能好的优点，在H₂S选择性氧化脱除领域具有重要的研究意义，是一类具有潜力的脱硫催化剂。碳材料的主要合成手段有：催化活化法、有机凝胶炭化法、模板法。其中催化活化法和有机凝胶炭化法由于合成成本过高，合成材料的孔道不均匀从而限制了其在工业上的应用。相比之下，模板法不仅制备成本低，还能够调控孔道结构进而合成得到高度有序孔道均匀的规则介孔碳材料。根据模板剂与客体结合方式的不同，模板法又分为硬模板法和软模板法。硬模板合成介孔碳一般是以有序介孔硅作为模板，用纳米浇筑或者浸渍法将碳前驱体填充到介孔硅材料的孔径结构中，高温炭化后，再通过刻蚀除模板。该方法合成碳材料有序性高，但需要通过一些危险试剂除模板，制备过程相对繁琐且存在危险因数。软模板法合成有序介孔碳是利用F127,P123等一些大分子表面活性剂作为模板，可以在高温炭化过程中直接除去模板。根据制备过程中反应介质的不同，软模板法又分为水热法与溶剂挥发诱导自主装法（EISA）。但由于这两种方法均要使用溶剂，即存在步骤繁琐耗时长的缺点又容易造成溶剂的浪费及产生废液污染环境。

发明内容