[发明专利]一种采用核壳催化剂低温脱除CS2的方法

说明书

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。

本发明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；