富氮介孔碳材料的制備及其低溫催化氧化脫除H2S性能研究.pdf

1、在燃煤發(fā)電、石油煉制、天然氣加工等工業(yè)生產(chǎn)過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生硫化氫(H2S)。H2S不僅毒化催化劑、腐蝕設(shè)備、制約生產(chǎn)，而且是主要的大氣污染物之一，嚴(yán)重危害環(huán)境。因此，脫硫始終是生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝。但傳統(tǒng)的H2S脫除方法存在能耗高、選擇性差、硫容低和對(duì)設(shè)備要求高等不足。因而，開發(fā)性能優(yōu)良的新型脫硫材料合成方法及低溫高效H2S脫除技術(shù)具有重要意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　在低溫有氧條件下，通過碳質(zhì)非金屬催化劑將H2S選擇性催化氧化轉(zhuǎn)化

2、，可將H2S精細(xì)脫除至10ppm以下，同時(shí)得到單質(zhì)硫產(chǎn)物，可實(shí)現(xiàn)硫資源的回收利用，是一種環(huán)境友好、綠色經(jīng)濟(jì)的新型脫硫技術(shù)。而傳統(tǒng)活性炭材料具有大量的微孔結(jié)構(gòu)，氣體傳質(zhì)阻力較大、總孔體積小，對(duì)脫硫過程生成的單質(zhì)硫容納有限。因此，設(shè)計(jì)制備具有較大孔體積和三維多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)的介孔碳材料，促進(jìn)反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散，有望提高硫容;同時(shí)，通過體相摻雜引入極性含氮官能團(tuán)，調(diào)變介孔碳材料的表面化學(xué)性質(zhì)，有望進(jìn)一步提升材料的催化脫硫活性。因此，本論文立足于高

3、氮摻雜量介孔碳材料的規(guī)?；苽浼夹g(shù)研究，以期闡明富氮介孔碳材料的合成工藝條件對(duì)其室溫催化氧化H2S性能的影響規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.采用廉價(jià)的納米碳酸鈣模板輔助的化學(xué)氣相沉積(CVD)法，以吡啶為碳/氮源，制備高氮元素?fù)诫s量、發(fā)達(dá)介孔結(jié)構(gòu)的富氮介孔碳(NMCs)，經(jīng)20wt.％ Na2CO3浸漬后用于室溫下催化氧化脫除H2S。對(duì)比考察了不同的CVD合成工藝對(duì)所得材料的孔結(jié)構(gòu)、氮摻雜量和催化脫硫性能的影響。結(jié)合元素分析、掃

4、描/透射電鏡觀察及低溫氮?dú)馕?脫附測(cè)試分析表明，“兩段式”進(jìn)樣比“一段式”進(jìn)樣更有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的結(jié)構(gòu)控制和高含量氮摻雜，NMC-2-10(N約13wt％)樣品對(duì)H2S催化轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫的反應(yīng)顯示出高效活性，穿透硫容可達(dá)3.34g H2S/g催化劑。
　　2.探索了煤焦油的高值化利用途徑，研究了以煤焦油的蒽油餾分為碳源、廉價(jià)的富氮物質(zhì)三聚氰胺為氮源，以納米二氧化硅為模板，通過一步共碳化法原位制備煤基富氮介孔碳?？疾炝瞬煌哪０鍎┯?/p>

5、量、碳/氮源比例、碳化溫度等合成條件對(duì)所制備NMCs的孔結(jié)構(gòu)、組成、氮摻雜量及其H2S低溫脫除性能的影響。結(jié)合元素分析、掃描/透射電鏡表征、低溫氮?dú)馕?脫附測(cè)試及XPS分析表明，當(dāng)二氧化硅模板/蒽油質(zhì)量比1∶1、蒽油/三聚氰胺質(zhì)量比1∶2、碳化溫度700℃時(shí)，制備的樣品NMC-1-700-1/2具有較大的比表面積、均勻的介孔孔徑、較大的孔容和高氮元素?fù)诫s量（N約19wt.％），室溫下即顯示出高效的催化脫硫性能，穿透硫容高達(dá)4.74g