一种采用核壳催化剂低温脱除CS2的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用核壳催化剂低温脱除CS2的方法，本发明专利技术方法选用活性炭纳米颗粒作为催化剂的内核，在内核的外围包裹一层Fe2O3作为外壳，制备出一种既廉价易得，又对CS2具有低温催化活性催化剂；将该催化剂用于CS2气体的脱除，具有较高的低温催化活性，能够有效降解工业尾气中的CS2。

【技术实现步骤摘要】
一种采用核壳催化剂低温脱除CS2的方法
本专利技术涉及一种采用核壳催化剂低温脱除CS2的方法，属于催化剂制备

技术介绍
近年来，磷化工、煤化工、合成氨等行业迅速发展，而由此产生的有害气体急剧上升，对环境的污染和对人体健康的危害已成为我国大气污染必须关注的问题。目前我国黄磷生产企业已超过130家，黄磷产量已达每年80万吨。黄磷生成过程中，CO含量达85%~95%，主要的杂质及其含量（体积百分比）如下：O2（0.5%~1%），H2O（1%~5%），HCN（100~350mg/Nm3），PH3（750~1200mg/Nm3），H2S（800~1100mg/Nm3），COS(700~1000mg/Nm3)，CS2（20~80mg/Nm3）。其中，CS2是一种恶臭有毒的易挥发有机硫物质，属于典型的非常规大气污染物。在生产和使用过程中容易散发到空气中，对环境和人体造成严重的污染和危害；在平流层中易被氧化成SO2而形成酸雨；微量的CS2存在能够使化工生产中各种催化剂中毒，严重影响其催化效果和使用寿命；同时CS2缓慢水解产生H2S而腐蚀生产设备而使生产成本增加等。因此，CS2的脱除对保护环境和减少工业生产中的经济损失都具有重要意义。目前脱除有机硫的方法可分为湿法和干法两种。湿法主要包括有机胺类溶剂吸收剂和液态催化水解转化法。湿法的投资及操作费用高、动力消耗大、操作复杂，而且远达不到精脱硫要求。干法主要有加氢转化法、氧化法、吸附法和水解法等。加氢转化法存在一定的副反应。氧化法虽然脱硫效率高，但是投资费用较高，且氧化法会将黄磷尾气中CO氧化，吸附法主要用于高精度H2S的脱除，其反应温度较高，且会有副反应的发生。较其他方法相比，水解法所需能耗明显降低，是目前脱除CS2的主要方法。此外，用于脱除CS2的催化剂大多数都是负载型催化剂，而用核壳催化剂脱除CS2的应用鲜有报道。近年来，具有纳米结构的核壳材料的制备及应用备受人们的关注，是一个较为前沿的研究领域。由于核壳催化剂具有比表面积大、形状规整、材料尺寸可控及性能稳定等优点，为催化领域带来了广阔的应用前景。此外，由于液相沉积法操作简单、重复率高、预见性较好、产品形态均一及性能稳定等特点而被广泛应用于核壳材料的制备。因此，采用液相沉积法合成核壳催化剂在低温条件下催化水解脱除CS2对保护环境具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用核壳催化剂（活性炭/Fe2O3）低温脱除CS2的方法，该催化剂稳定性较好，能够在低温条件下（50~60℃）有效去除废气中的有机硫，有效削减了废气治理的成本。为实现上述目的，本专利技术首先选用活性炭纳米颗粒，以此作为催化剂的内核，在内核的外围包裹一层Fe2O3作为外壳，制备出一种既廉价易得，又对CS2具有低温催化活性催化剂。本专利技术方法的具体操作如下：（1）选用粒径为100nm~200nm的活性炭纳米颗粒；（2）配制浓度为0.1mol/L~0.3mol/L的FeCl2溶液，向其中加入氟化氢溶液，控制F-和Fe2+的摩尔比为2:1~4:1；（3）向步骤（2）溶液中加入氨水，调节pH值至4.7~5.3；（4）向步骤（3）溶液中加入质量百分比浓度为1.0~1.5%的活性炭悬浮液，使Fe的氢氧化物均匀的包覆在纳米活性炭表面，在60℃~80℃条件下反应2~3h，反应结束后离心分离，用蒸馏水洗涤2~3次，将得到的产物在60℃~80℃烘干12~14h；（5）将烘干后的产物在N2气氛、300~700℃条件下焙烧2~3h，冷却，得到活性炭/Fe2O3核壳结构催化剂；（6）将活性炭/Fe2O3核壳结构催化剂在50~60℃条件下对CS2气体进行脱除，即得净化后的气体。在此催化剂制备过程中，在处理FeCl2溶液过程中氟铁元素的摩尔比为2:1~4:1，使其更容易形成氟铁络合物；将溶液pH值调至4.7~5.3之间，是为了使溶液中Fe的氢氧化物更容易析出沉积到纳米活性碳颗粒表面；高温焙烧是为了使Fe的氢氧化物氧化为Fe2O3，得到活性炭/Fe2O3核壳结构纳米颗粒。本专利技术制备的催化剂以FeCl2·4H2O和活性炭为前驱体，通过二者的反应在活性炭表面形成一层Fe氢氧化物外壳，即该催化剂以活性炭为内核，Fe氢氧化物为外壳，高温焙烧之后形成Fe2O3外壳，最终得到活性炭/Fe2O3核壳催化剂。本专利技术方法的优点和技术效果：本专利技术利用核壳催化剂因其特殊的结构和尺寸效应及核与壳之间可能的相互作用而具有较高催化活性和稳定性、催化寿命较长及较为经济廉价等显著特点，在低温条件下对CS2进行催化水解，以使工业尾气中CS2的脱除效果更佳及有效降低脱除成本；从实验结果来看，C/Fe2O3核壳催化剂在低温条件下对CS2的催化水解效果明显，在同等反应条件下，其脱除效果明显优于负载型催化剂。附图说明图1为本专利技术中不同Fe2+浓度条件下活性炭/Fe2O3核壳催化剂催化活性评价结果示意图；图2为本专利技术中活性炭/Fe2O3核壳催化剂TEM表征图，其中A图为活性炭/Fe2O3核壳催化剂整体结构，B图为活性炭/Fe2O3核壳催化剂局部结构；图3为不同F/Fe条件下活性炭/Fe2O3核壳催化剂低温催化水解活性评价图；图4为不同pH值条件下活性炭/Fe2O3核壳催化剂低温催化水解活性评价图；图5为不同焙烧温度下活性炭/Fe2O3核壳催化剂低温催化水解活性评价图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步详细描述本专利技术，但本专利技术保护范围并不限于如下所述内容。实施例1：本采用核壳催化剂低温脱除CS2的方法，具体步骤如下：（1）选用粒径在100~200nm之间的椰壳活性炭纳米颗粒；（2）分别制备0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L的FeCl2溶液，分别向其中加入氟化氢溶液，控制F-和Fe2+的摩尔比为3:1；（3）向步骤（2）溶液中加入氨水，调节pH值至5.1；（4）向步骤（3）溶液中加入质量百分比浓度为1.0%的椰壳活性炭悬浮液，在60℃条件下反应3h，反应结束后离心分离，用蒸馏水洗涤2次，将得到的产物在60℃烘干14h；（5）将烘干后的产物在N2气氛、500℃条件下焙烧2h，冷却，得到椰壳活性炭/Fe2O3核壳结构催化剂；（6）将活性炭/Fe2O3核壳结构催化剂在50℃条件下对CS2气体进行脱除，即得净化后的气体；实验过程如下：将0.15g的CS2水解催化剂装入Φ3mm×100mm的玻璃固定床反应器中，通过含0.3%CS2和99.99%N2的钢瓶气来配置原料气，调节气体流量到实验所需流量（38mL/min），实验过程中利用循环恒温水浴锅控制水解反应温度，利用低温恒温水槽调节气体中的含水量。CS2的浓度测量均采用湖北研究所研制的HC-6微量硫磷分析仪来进行分析。实验条件：CS2浓度：80~90ppm；空速：10000h-1；反应温度：50℃；O2含量：0.3%；相对湿度：49%；保持CS2脱除率在90%以上的时间越长，表示催化剂的催化水解性能越佳，结果如图1所示。从图中可以看出：Fe含量对核壳催化剂低温催化水解CS2有较明显的影响；其中，当Fe含量为0.2mol/L时，核壳催化剂的催化水解效果优于Fe含量为0.1mol/L和0.3mol/L时的核壳催化剂。采用高倍透射扫描电镜（TEM）观察本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用核壳催化剂低温脱除CS2的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）选用粒径为100nm~200nm的活性炭纳米颗粒；（2）制备浓度为0.1mol/L~0.3mol/L的FeCl2溶液，向其中加入氟化氢溶液，控制F‑和Fe2+的摩尔比为2:1~4:1；（3）向步骤（2）溶液中加入氨水，调节pH值至4.7~5.3；（4）向步骤（3）溶液中加入质量百分比浓度为1.0~1.5%的活性炭悬浮液，在60℃~80℃条件下反应2~3h，反应结束后离心分离，用蒸馏水洗涤2~3次，将得到的产物在60℃~80℃烘干12~14h；（5）将烘干后的产物在N2气氛、300~700℃条件下焙烧2~3h，冷却，得到活性炭/ Fe2O3核壳结构催化剂；（6）将活性炭/ Fe2O3核壳结构催化剂在50~60℃条件下对CS2气体进行脱除，即得净化后的气体。

【技术特征摘要】
1.一种采用核壳催化剂低温脱除CS2的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）选用粒径为100nm~200nm的活性炭纳米颗粒；（2）制备浓度为0.1mol/L~0.3mol/L的FeCl2溶液，向其中加入氟化氢溶液，控制F-和Fe2+的摩尔比为2:1~4:1；（3）向步骤（2）溶液中加入氨水，调节pH值至4.7~5.3；（4）向步骤（3）溶液中加入质量百分比浓度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，林强，张贵剑，汤立红，宁平，刘贵，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53