[发明专利]选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂的制备方法及应用，属于催化脱硫技术领域。将富氮前驱体与LiCl和KCl二者组成的混合盐混合后进行研磨，再将所得粉末在氮气气氛下进行热处理，即得选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂。利用廉价混合熔盐法制备功能化碳氮催化剂，该催化剂能有效的将硫化氢气体氧化成硫单质，并且转换效率高和选择性好。本发明工艺简单，成本低，可大规模生产，符合实际生产需要，具有广阔的应用潜力。

技术领域

本发明属于催化脱硫技术领域，具体涉及一种选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂的制备方法及应用。

背景技术

为了保护环境和实现可持续发展，现代工业在减少挥发性有机硫的治理方面已做出了巨大的努力，发展了多种方式来降低天然气或石油中的含硫物质以及含硫物质的排放，比如，传统Lo-Cat湿法脱硫技术，干法吸附法脱硫和干法催化脱硫等。其中，干法催化脱硫主要是通过水解、加氢、氧化等方式实现硫化物的转化，是目前最具优势的脱硫技术之一。然而，在干法催化脱硫过程中，有机硫水解后会产生的更具毒性的二次污染物硫化氢气体（H₂S），是工业生产废气排放中毒性最大的气体之一，对生命和环境都有着巨大的危害。为了满足日益严格的生态标准，迫切需求发展效率高、稳定性好、成本低的将H₂S气体选择性氧化成硫磺的技术和手段。

目前工业中主要是金属氧化物作为选择性氧化H₂S的催化剂，例如Fe₂O₃、CuO和V₂O₅等催化剂，尽管工业中已经有大量应用，但是其转换率、选择性、稳定性等仍具有一定的局限性，这是由于过渡金属原子中d轨道上的电子极易和硫原子P轨道上的电子进行配位，形成强M-S键，导致过渡金属氧化物催化剂失活。因此，科研工作者将碳材料用于硫化氢选择性氧化的反应，尤其是当在碳材料进行氮掺杂后，能有效地调节碳材料表面的碱性和氧化能力，成为理想的脱硫催化剂材料。但是由于N掺杂需要在高温下进行，条件苛刻、氮含量不高，同时易破坏表面结构，导致催化活性不理想。因此，开发一种易制备、低成本、高效率的脱硫碳氮催化剂材料具有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂的制备方法及应用；本发明制备的碳氮催化剂能够高效实现H₂S气体的氧化得到硫磺，并且选择性好、寿命长。本发明工艺简单、成本低、效率高，符合实际生产需要，有较大的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种选择性氧化硫化氢气体功能的碳氮催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将富氮前驱体放入研钵，加入LiCl和KCl的混合盐，混合均匀后研磨成粉末；

（2）将步骤（1）所得混合粉末在氮气气氛下，以2~5 ℃/min的速度升温到450~650℃，热处理2-5h；

（3）将步骤（2）所得产物用去离子水进行清洗，直至清洗滤液电导率降至40 μS/cm，80℃条件下烘干，即得选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂。

上述步骤（1）中富氮前驱体为二聚氰胺、尿素、硫脲、三聚氰胺中的任一种。

进一步的，富氮前驱体也能与巴比妥酸按1：0.005～1：0.1的比例混合。

上述步骤（1）中，混合盐中LiCl与KCl的质量比为9:11；富氮前驱体与混合盐的质量比为1:10~5:10。

上述方法制备所得选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂的化学式为C₃N₄；比表面积为 40~130 m²·g^-1, 为半晶态物质。

一种选择性氧化硫化氢气体的碳氮催化剂应用于选择性将硫化氢气体氧化为硫磺单质。