[发明专利]一种具有多孔结构的铁掺杂氧化铝中空微球的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种具有多孔结构的铁掺杂氧化铝中空微球的制备方法及其在H₂S选择性氧化方面的应用，属于催化剂制备技术领域。该方法以铁盐、铝盐和沉淀剂为原料，在高压反应釜中进行水热处理，经过多次洗涤后烘干焙烧得到产物多孔铁掺杂氧化铝。所述多孔铁掺杂氧化铝具有中空微球的结构，相比用模板剂的合成法工艺更加简单，可重复性强；多孔材料中介孔和大孔的孔径分布有利于提高反应过程中反应物与产物的扩散效率和传质过程，因而有效地促进了反应的进行，使催化剂在选择性催化氧化H₂S方面表现出更高的催化活性和硫单质选择性。

技术领域

本发明涉及一种环境催化剂的制备技术及其应用领域，具体涉及一种多孔结构的铁掺杂氧化铝中空微球的制备方法及其在H₂S选择性氧化方面的应用。

背景技术

石油、煤和天然气的炼制工业中产生的H₂S是一种有毒的污染物，不仅危害人体健康，还会破坏生态环境。因此有效地处理H₂S是一个亟待解决的问题。当前Claus工艺是处理H₂S最常用的技术（2H₂S+SO₂ ⇆3S+2H₂O）。但是由于Claus平衡反应的热力学限制，在排放的尾气中仍然存在约4%的H₂S。为了进一步去除残留的H₂S，人们进一步发展了H₂S选择性氧化成单质硫的技术。反应式如下所示：

H₂S选择性氧化成单质硫的反应是不可逆的，不受热力学平衡限制。且该反应过程简单，工艺先进。而实现这一过程的关键就在于发展高效高性能的催化剂。

TiO₂、Cr₂O₃、V₂O₅、TiO₂等金属氧化物作为常用的催化剂被广泛应用于H₂S选择性氧化的反应中。然而，以上材料仍然存在不足之处，限制了这些催化材料的进一步发展。例如，TiO₂催化剂对水的存在较敏感，在有水的条件下容易失活；V₂O₅具有高活性和选择性，但是V₂O₅自身毒性较大。

γ-Al₂O₃是一种两性氧化物，它具有高的比表面积和可控的表面酸碱性，因此其作为催化剂或载体被广泛应用于工业中。该材料在H₂S选择性氧化方面的应用也有初步的研究，但是目前从文献报道结果看，Al₂O₃材料选择性氧化H₂S性能较差，这可能是因为使用的Al₂O₃不具备适合该反应的结构。此外，Fe₂O₃作为一种廉价的传统的氧化物也常被用于H₂S选择性氧化反应中，且活性比较好。基于以上的考虑，首先可以通过一定方式制备介孔-大孔多级孔氧化铝材料，因为丰富的孔结构更有利于活性组分的分散，不易出现孔坍塌、孔堵塞等现象。其次，可以通过少量铁的掺杂进一步提高材料在H₂S选择性氧化反应中的催化活性。因此，通过调控制备具有多级孔结构的铁掺杂Al₂O₃材料有望实现其高效高选择性地氧化H₂S为单质硫。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有多孔结构的铁掺杂氧化铝中空微球的制备方法及其应用，解决现有技术中H₂S选择性氧化催化剂活性差、选择性差等问题。该铁掺杂氧化铝中空微球同时具有介孔、大孔等孔结构，比表面积高，孔容积大，在选择性催化氧化H₂S方面具有较高的催化活性和选择性。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：