一种活性炭基催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种活性炭基催化剂及其制备方法和应用；制备方法包括：S1、竹粉的制备；S2、竹粉粉末的炭化：将步骤S1所得竹粉粉末进行炭化处理，得竹基炭化物；S3、将步骤S2所得竹基炭化物与累托石按照质量比1：0.4~0.7加入到氢氧化钠溶液中，搅拌后进行分离，得固体分离物；随后将固体分离物先进行干燥，再于780~795℃下处理0.5~4h；处理完成后，洗涤、干燥后粉磨过筛处理，即得载体；S4、将步骤S3所得载体加入到硝酸铁溶液中，振荡浸渍，随后经干燥、焙烧处理，得物料a；S5、将步骤S4所得物料a加入到硝酸锌溶液中，振荡浸渍，随后经干燥、焙烧处理。焙烧处理。

【技术实现步骤摘要】
一种活性炭基催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于脱硫催化剂
，具体涉及一种活性炭基催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]煤燃料燃烧以及工业生产过程中排放了大量的含硫污染物；其中，我国90%左右的二氧化硫化合物均来自煤燃烧所产生的烟气。含硫化合物排放至大气后经过复杂的物理化学作用会形成酸雨，进而威胁人们的身体健康。目前，工业上实施的脱硫方法有湿法脱硫（即采用液体吸收）、干法脱硫（即采用粉末吸收剂或催化剂等）、半干法脱硫；按照脱硫的对象，脱硫又包括对有机硫的脱除和对无机硫的脱除。现有技术中，干法脱硫得到了较广泛的应用；其中，干法脱硫又包括化学反应法脱硫和物理吸附法脱硫。化学反应法是通过发生化学反应脱除硫化物，其脱硫具有脱硫精度高、硫容量大等特点；物理吸附法脱硫主要是通过吸附剂的极性对硫化物吸附而脱除，靠极性吸附脱硫对硫化物的极性有一定要求，极性低的硫化物不能被吸附脱除。
[0003]活性炭是一类广泛应用于脱硫领域的材料。按照原材料的不同，活性炭可分为煤质活性炭、木质活性炭、合成材料活性炭和其他类活性炭；其中，木质活性炭的制备来源又包括椰壳、杏壳、果壳、竹等；现有技术中如专利文献CN106732751B提供了由凹凸棒石粘土、分子筛和活性炭组成的载体负载铁、钒的脱硫脱硝剂，其使用到的活性炭为稻壳，且载体种类繁多。我国的竹林资源丰富，竹子的生长具有周期短、产量高等特点，合理利用丰富的竹资源对于我国的环境保护和节能减排具有非常大的帮助。现有技术，已有一些利用竹子进行脱硫的报道，如专利文献CN103693643B中报道了一种应用于烟气脱硫的竹基活性炭，其制备过程中活化温度达到900~1000℃，温度高，且所实现的脱硫以物理吸附为主，脱硫效果有待进一步提高；专利文献CN106824068A中报道了一种竹源多孔生物质炭基燃油高选择性吸附脱硫剂，同样地，其所实现的脱硫也以物理吸附为主。
[0004]围绕着利用竹子实现高效脱硫催化剂的制备仍值得研究。基于以上考虑，提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种活性炭基催化剂及其制备方法和应用，载体以竹子和累托石为主要原料，活性组分相对常见，原料常见，成本可控，脱硫效果好。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种活性炭基催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1、竹粉的制备：将竹材原料进行粉碎处理，随后进行干燥，得竹粉粉末，备用；S2、竹粉粉末的炭化：将步骤S1所得竹粉粉末进行炭化处理，得竹基炭化物；S3、将步骤S2所得竹基炭化物与累托石按照质量比1：0.4~0.7加入到氢氧化钠溶
液中，搅拌后进行分离，得固体分离物；随后将所得固体分离物先进行干燥，再于780~795℃下处理0.5~4h；处理完成后，洗涤、干燥后粉磨过筛处理，即得载体；S4、将步骤S3所得载体加入到硝酸铁溶液中，振荡浸渍，随后经干燥、焙烧处理，得物料a；S5、将步骤S4所得物料a加入到硝酸锌溶液中，振荡浸渍，随后经干燥、焙烧处理，即得活性炭基催化剂。
[0007]进一步的，步骤S1中，粉碎处理至120~200目，干燥温度为105~115℃，干燥时间12~36h。
[0008]进一步的，步骤S2中，炭化处理温度为495~525℃，炭化处理时间为0.5~2 h。
[0009]进一步的，步骤S3中，氢氧化钠溶液的浓度为25~40wt%；竹基炭化物与氢氧化钠溶液的用量比为1g：10~20mL；粉磨过筛目数为200~300目。
[0010]进一步的，步骤S4中，硝酸铁溶液的浓度为0.8~1.2mol/L，载体与硝酸铁溶液的质量比为1：5~9。
[0011]进一步的，步骤S4中，煅烧处理温度为520~550℃，处理时间为0.5~4h。
[0012]进一步的，步骤S5中，硝酸锌溶液的浓度为0.4~0.8mol/L；物料a与硝酸锌溶液的质量比为1：4~7。
[0013]进一步的，步骤S5中，煅烧处理温度为520~550℃，处理时间为0.5~4h。
[0014]此外，本专利技术还希望保护上述方法制备得到的活性炭基催化剂。
[0015]以及，还希望保护上述制备得到的活性炭基催化剂在脱硫中的应用。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的活性炭基催化剂以竹基活性炭和累托石为复合载体，分步浸渍负载铁、锌两种活性组分，就能实现好的有机硫和无机硫的同时脱除，原料常见，成本可控，制备方法简单，易于操作。
[0017]本专利技术中，在催化剂的制备过程中，选择将竹基活性炭与少量的累托石同时经氢氧化钠溶液处理后于高温下煅烧处理，原因在于：一方面，从高温处理来看，竹基活性炭在氢氧化钠的高温处理下能够清除杂质、疏通孔道，丰富其孔道结构；累托石在氢氧化钠的高温处理下能够强化离子交换，使得累托石的结构无定形化，丰富孔道分布，高温氢氧化钠处理有利于二者孔道结构的丰富，有利于后续的活性组分的负载；另一方面，从载体种类的选择来看，累托石具有较优的耐酸碱性，具有丰富的层状结构和表面官能团，能够起到对竹基活性炭的改性之功效，二者配合使用增强催化剂对含硫环境的适应性，协同提高脱硫效果；相较于其他生物质活性炭，竹基活性炭具有较好的比表面积和孔容，具有优异的硫化物物理吸附性能，同时这一特性有利于后续活性组分锌、铁的吸附，进一步提高脱硫效果；申请人经过反复筛选，确定累托石和竹基活性炭复合使用的效果最佳（相较于活性炭和凹凸棒土），原因可能在于，累托石和竹基活性炭具有孔径分布差异性，同时经过氢氧化钠处理后的竹基活性炭表面具有丰富的羧基、酚羟基等含氧官能团，其能够进一步促进累托石的阳离子电离交换，提高累托石的吸附性；而累托石所具有的羟基等官能团能够和竹基活性炭所具有的羧基、酚羟基等含氧官能团发生氢键作用，提高复合载体稳定性、强度、吸附性等性能，进而提高对锌、铁活性组分的吸附，保证了较好的脱硫效果和循环使用性能。
[0018]本专利技术中，活性组分为简单的铁和锌的组合，不需要额外的助活性组分即可实现
较好的脱硫效果；铁能够在含氢或水蒸气的环境下实现脱除有机硫（如羰基硫）和无机硫，锌可以直接脱除无机硫；二者共同配合，能够实现有机硫和无机硫的同时脱除，且脱硫精度和硫容高，循环使用性能佳。
[0019]本专利技术中，在竹子的活化过程中直接加入累托石进行处理，避免了累托石的分步处理。此外，本专利技术中的炭化温度、活化温度、氢氧化钠的浓度以及其他工艺条件都是经过反复研究所得，保证了所得活性炭基催化剂的脱硫性能。
[0020]总之，本专利技术通过优选载体的种类，解决了氧化锌、氧化铁分散差、负载性不足的问题，制备得到的催化剂中低温下（200℃）脱硫性能好，能够充分利用竹资源，具有一定的应用前景。
具体实施方式
[0021]下面详细描述本专利技术的实施例，所有实施例均是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0022]本专利技术各实施例中，竹子原料来自于江苏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活性炭基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、竹粉的制备：将竹材原料进行粉碎处理，随后进行干燥，得竹粉粉末，备用；S2、竹粉粉末的炭化：将步骤S1所得竹粉粉末进行炭化处理，得竹基炭化物；S3、将步骤S2所得竹基炭化物与累托石按照质量比1：0.4~0.7加入到氢氧化钠溶液中，搅拌后进行分离，得固体分离物；随后将所得固体分离物先进行干燥，再于780~795℃下处理0.5~4h；处理完成后，洗涤、干燥后粉磨过筛处理，即得载体；S4、将步骤S3所得载体加入到硝酸铁溶液中，振荡浸渍，随后经干燥、焙烧处理，得物料a；S5、将步骤S4所得物料a加入到硝酸锌溶液中，振荡浸渍，随后经干燥、焙烧处理，即得活性炭基催化剂。2.根据权利要求1所述的一种活性炭基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，粉碎处理至120~200目，干燥温度为105~115℃，干燥时间12~36h。3.根据权利要求1所述的一种活性炭基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，炭化处理温度为495~525℃，炭化处理时间为0.5~2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正元，李菁，
申请(专利权)人：江苏竹海活性炭有限公司，
类型：发明
国别省市：