一種改性生物炭基催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于同時(shí)脫除羰基硫、二硫化碳、氰化氫的改性生物炭基催化劑 的制備方法，屬于大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 羰基硫（COS)和二硫化碳（CS2)廣泛存在于大氣環(huán)境中，并且COS是對流層和平流 層底的主要含硫氣體，它們的來源可分為自然源和人為源。COS和CS 2在工業(yè)生產(chǎn)和使用過 程中排放到大氣環(huán)境，會對環(huán)境和人體造成嚴(yán)重的污染和危害。在大氣中，CS2也可以被催 化氧化成C0S。工業(yè)生產(chǎn)中微量的COS和CS 2對催化劑有毒害作用，使其催化效果和使用壽 命受到嚴(yán)重的影響。由于COS和CS2會通過緩慢的水解反應(yīng)生成硫化氫（H 2S)，腐蝕生產(chǎn)設(shè) 備，不僅給工業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失，而且增加了設(shè)備投資和產(chǎn)品成本。同時(shí)COS和 CS2的吸入對人類身體健康存在較大的危害。黃磷尾氣中COS和CS 2是共存的典型有機(jī)硫 氣體，黃磷尾氣的凈化及資源化利用前提必須同時(shí)脫除COS和cs2。
[0003] 催化水解法脫除COS和0&的原理是：C0S和CS 2在催化劑上與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成 H2S,然后H2S在后續(xù)工段上被脫除，催化水解的反應(yīng)溫度一般低于300°C，并且能耗較低，副 反應(yīng)較少，且大部分原料氣中含有水解過程所需的水蒸氣。與此同時(shí)，低溫催化水解COS和 CS2的過程可避免原料氣裂解、甲烷化等副反應(yīng)的發(fā)生，所以該法成為目前脫除COS和CS2W 宄領(lǐng)域中的熱點(diǎn)之一。催化水解法脫除HCN的原理是：HCN在催化劑上與水蒸氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化 為順3和0)，NH 3又可以在后續(xù)工段被氧化為無毒無害的N2，同時(shí)水解產(chǎn)物CO也是一碳化工 很好的原料氣，這種方法不但降低了 HCN的毒性，也使其得到資源化的利用。生物炭作為近 年來研宄的熱點(diǎn)，已經(jīng)在各種領(lǐng)域發(fā)揮出了很大的作用。目前生物炭的應(yīng)用主要是作為催 化劑載體，由于生物炭具有巨大的比表面積，能夠?yàn)榇呋磻?yīng)提供足夠的吸附位點(diǎn)。同時(shí)生 物炭的再生性和抗毒性也較好。在大氣污染物的去除上，以生物炭作為載體的催化劑已經(jīng) 得到應(yīng)用。例如：Ν0χ的去除（SCR)，H 2S的去除(催化氧化)，有機(jī)硫的去除(催化水解）等。
[0004] 中國專利CN 102125850A公開了"一種羰基硫水解催化劑及其制備方法"的發(fā) 明。該發(fā)明所涉及羰基硫水解催化劑是由金屬鹽溶液、堿溶液和碳酸溶液混合后形成的沉 淀制成。該催化劑具有95%的COS催化水解效率，但是只能單獨(dú)去除C0S。中國專利CN 101121123A公開了"中溫二硫化碳水解催化劑及其制備方法與用途"的發(fā)明。該發(fā)明所涉及 二硫化碳水解催化劑是通過向氧化鋁基催化劑中添加改性劑ZrOJP La2O3并浸漬而制成。 該催化劑具有95%的0&的催化水解效率，但是只能單獨(dú)去除CS 2。中國專利CN 101108337B 公開了名稱為"氰化氫分解催化劑"的發(fā)明，該方法所涉及催化劑由金屬氧化物組成，能 分解HCN、凈化煤氣雜質(zhì)及有毒物，可以廣泛在HCN分解槽中做催化劑用，卻只能單獨(dú)去除 HCN0
[0005] 目前，關(guān)于用改性生物炭基催化劑同時(shí)水解催化COS、CS^ HCN的工藝方法未見 到報(bào)道。本專利中所用生物炭基催化劑可以同時(shí)脫除三種氣體，產(chǎn)物中的H2S可以制備單 質(zhì)硫，NH 3可以氧化為N 2, CO可以回收利用，不產(chǎn)生有害污染物，既能解決生物質(zhì)廢棄物的處 置問題，也能有效防治大氣污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種用于同時(shí)脫除羰基硫、二硫化碳、氰化氫的改性生物炭基催化劑 的制備方法，該改性生物炭基催化劑不僅能實(shí)現(xiàn)一步式同時(shí)脫除煙氣中的COS、CSjP HCN， 還能有效解決資源化回收利用的問題，該工藝方法具體原理如下： 采用改性生物炭基催化劑，借助煙氣中微量水蒸氣和O2，使COS、0&同時(shí)催化水解為 H2S ;同時(shí)HCN被催化水解生成見13和CO ;催化劑工作溫度為：50~100°C，COS和CS 2脫除效 率高于90%，HCN脫除效率高于70%。主要反應(yīng)如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改性生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行： (1) 將生物炭研磨并篩分成40~60目，然后水洗至上清液無渾濁物懸浮，在100~150°C 下干燥4~7小時(shí)； (2) 將干燥后的生物炭在濃度為0. 9~1.lmol/L的KOH溶液中煮沸I. 5~2.O小時(shí)，再用 蒸餾水洗滌至pH為中性，過濾后在100~150°C下干燥4~7小時(shí)； (3) 將干燥后的生物炭加入質(zhì)量百分比濃度為1~20%的金屬鹽溶液中超聲浸漬30~60 分鐘后，在100~150°C下干燥4~7小時(shí)，然后在300~600°C下焙燒3~6小時(shí)； (4) 將焙燒后的生物炭放入質(zhì)量百分比濃度為5~30%的堿性溶液中超聲浸漬30~60分 鐘后，在100~150°C下干燥4~7小時(shí)，S卩制得改性生物炭基催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于：生物炭是將 椰殼、核桃殼、煙桿、木質(zhì)、杏殼或花生殼在400~700°C的管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù)下炭化1~2小 時(shí)，再將炭化料與KOH按質(zhì)量比1:1~3的比例混合均勻，在500~700°C的管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù) 下活化1~2小時(shí)，取出活化料并用蒸餾水洗至pH呈中性，在100~150°C下干燥4~7小時(shí)制 得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于：金屬鹽溶液 是將如下組成物混合后配制成水溶液制得：35-50%硝酸鐵、15-20%硫酸亞鐵和35-45%硫酸 錯(cuò)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于：堿性溶 液為KOH、KHC03、NaOH、NaHC03、K2C03、Na2CO3溶液中的一種或多種混合溶液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的改性生物炭基催化劑的制備方法，其特征在于：超聲浸漬的 溫度為30°C，超聲波頻率為28~45kHz。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于同時(shí)脫除羰基硫、二硫化碳、氰化氫的改性生物炭基催化劑的制備方法，該方法以生物炭為載體，進(jìn)行一系列改性后制備出的催化劑用于COS、CS2和HCN同時(shí)催化水解的脫除，催化劑的工作溫度為≤100℃，COS和CS2的脫除率≥90%，HCN的脫除率≥70%，生物炭載體由生物質(zhì)廢料經(jīng)過炭化-活化過程制得，經(jīng)KOH溶液煮沸后加入金屬鹽溶液中超聲浸漬，然后在一定溫度下焙燒；將焙燒后的生物炭放入堿性溶液中超聲浸漬后干燥制得改性生物炭基催化劑；該方法工藝簡潔，操作便捷，可連續(xù)運(yùn)行，煙氣中的COS、CS2和HCN在凈化過程中得到脫除及資源化利用，無二次污染。
【IPC分類】B01D53-54, B01D53-48, B01D53-86, B01J23-78
【公開號】CN104772146
【申請?zhí)枴緾N201510118340
【發(fā)明人】李凱, 宋辛, 劉貴, 寧平, 王馳, 劉燁, 李山, 張貴劍, 阮昊天
【申請人】昆明理工大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月18日