[发明专利]一种活性炭及其制备方法和在脱硫中的用途

说明书

本发明提供一种活性炭及其制备方法和在脱硫中的用途，所述活性炭包括载体及负载于所述载体上的活性组分，所述载体为具备介孔和微孔双级孔道结构的活性炭，所述活性组分包括含氧官能团，所述含氧官能团包括羧基、酯基、醛基或醚基中的任意一种或至少两种以及羟基，所述活性组分还包括碳酸盐和/或碳酸氢盐，所述活性炭用于气体脱硫中，对硫化物具有吸附存储、催化氧化与催化水解三重功能；本发明采用含硫气体吸附氧化反应与碳热再生反应循环重复的方式制备出所述活性炭的双级孔道结构，工艺过程简单，制备成本低廉。

技术领域

本发明涉及活性炭制备技术领域，尤其涉及一种活性炭及其制备方法和在脱硫中的用途。

背景技术

羰基硫(COS)在常温常压状态下是有臭鸡蛋气味的无色气体，可燃且含有剧毒性，可水解为H₂S，广泛存在于工业尾气中。当COS扩散到大气中会被氧化成为SO₂进而溶解在水蒸气中形成酸雨，对环境造成严重破坏。因此脱除COS对工业生产与环境保护有着重要的意义。

在COS脱除方法中，催化水解法因其反应温度低、无需额外氢源、脱硫效率高等优点在工业上广泛使用。目前已经应用的COS水解催化剂包括Al₂O₃基催化剂、TiO₂基催化剂、水滑石催化剂或活性炭基催化剂等。其中，活性炭基催化剂由于具有丰富的微孔结构和良好的电子传导性，有更大的改性空间。

CN103432897A公开了一种富氮多孔碳脱硫剂及其制备方法，脱硫剂由经表面氧化预处理后的活性炭和负载在活性炭表面的含氧官能团和含氮官能团构成，从而提高了脱硫容量，但其主要用于脱除SO₂，并未用于脱除COS。

CN101703928A公开了一种低温水解COS活性炭基催化剂及制备方法，所制备活性炭依次使用金属氧化物溶液、碱溶液进行浸渍，从而可以将气体中的COS脱除，且将COS水解产生的H₂S一并脱除，但对于COS的吸附存储效果不佳。

CN111135793A公开了可再生型高效深度脱硫活性炭及其制备方法，在活性炭的预定孔道结构内，引入官能团，同时负载金属化合物，加强了脱硫效果，延长了活性炭的使用周期，适用于脱除石化产品中的硫化物，但缺少对于硫化物的吸附存储与催化水解，脱硫功能单一。

现有脱硫活性炭多注重于对其负载物的探索，对活性炭本身进行改性的研究并不多，仍然存在脱硫不完全，活性炭改性成本高等问题。

因此，需要开发一种活性炭，提高气体中含硫物质的脱除效率。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种活性炭，所述活性炭含有介孔与微孔共存的孔道结构，同时负载含氧官能团与碱性物质，应用于气体中各种硫化物的净化脱除，具有吸附存储、催化氧化与催化水解的三重功能；利用含硫气体吸附氧化反应与碳热再生反应循环重复的方式，制得介孔和微孔共存的双级孔道结构，工艺过程简单，制备成本低廉。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种活性炭，所述活性炭包括载体及负载于所述载体上的活性组分，所述载体为具备介孔和微孔双级孔道结构的活性炭；所述活性组分包括第一官能团和第二官能团；所述活性组分还包括碳酸盐和/或碳酸氢盐；所述第一官能团包括羧基、酯基、醛基或醚基中的任意一种或至少两种的组合；所述第二官能团为羟基。

所述活性炭具备介孔和微孔的双级孔道结构，能够增大活性炭的比表面积与微孔数量，为硫化物提供良好的载体，提高对硫化物的吸附存储能力；负载第一官能团与第二官能团能够提高活性炭对硫化物的氧化活性；负载碳酸盐和/或碳酸氢盐增强了活性炭对COS的水解性能，实现了吸附存储、催化氧化与催化水解的三重功能。

所述第一官能团中典型但非限制性的组合为：羧基和酯基的组合，醛基和醚基的组合，酯基和醛基的组合或羧基、醛基和醚基的组合等。