一种炭基催化剂的制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种炭基催化剂的制备方法及应用，属于催化剂制备领域。
【背景技术】
[0002]羰基硫是一种有毒的有机硫化物，在工业生产和使用过程中排放到大气环境，会对环境和人体造成严重的污染和危害。COS很容易引起催化剂中毒失活，对工业生产的设备有腐蚀作用。此外，不经处理排放到大气中的COS能形成二氧化硫，促进光化学反应，并最终转化为硫酸盐气溶胶，带来严重的环境问题。COS还会通过缓慢的水解反应生成硫化氢(H2S)。虽然H2S比COS更易去除，但是H2S腐蚀生产设备。不仅给工业生产带来了很大的经济损失，而且增加了设备投资和产品成本。同时COS的吸入也对人类身体健康存在极大的危害。
[0003]一般情况下，COS的脱除方法包括还原法、催化水解法、吸收法、吸附法、光解法及氧化法等。催化水解法是利用催化剂将COS催化水解成H2S,然后再脱除的过程。这是因为H2S的去除比COS更容易。同时催化水解法的精度高、投资和操作费用较低、基本上没有动力消耗。当原料气含硫量较低或气体流量较小时，催化水解法的效果较为理想。
[0004]催化水解法脱除COS的原理是:cos在催化剂上与水蒸气反应转化成h2s、co2，然后这些水解产物在后续工段上被脱除。催化水解的反应温度一般低于300°c，并且能耗较低，副反应较少，且大部分原料气中含有水解过程所需的水蒸气和氧气。与此同时，低温催化水解COS的过程可避免原料气裂解、甲烷化等副反应的发生，所以该法成为目前脱除COS研宄领域中的热点之一。
[0005]中国专利CN 102600848A公开了名称为“一种低温等离子体改性水解催化剂的制备方法和应用”的发明，该方法所制备的催化剂主要针对尾气中二硫化碳进行催化水解，从而脱除二硫化碳。但该方法没有涉及羰基硫脱除的研宄，且只针对气源中单一、低浓度的二硫化碳的脱除，所以其实用性相对较小。中国专利CN 102463033A公开了一个名为“用于羰基硫水解的方法”的发明，其催化剂的重量百分比组成为:(a)碱金属碳酸盐、碱土金属氧化物或其混合物I ~5% ； (b)稀土氧化物总计15~25% ; (c) 70-80%的氧化铝。但其优选羰基硫的浓度仅为100~300ppm，而且反应温度为50~300°C，所以其主要的不足之处是:适用的物料浓度太低，反应温度相对较高。
[0006]目前，关于水解催化COS的低温等离子体改性炭催化剂的制备未见到报道。因此，研发简洁高效的羰基硫处理方法和低温下稳定性更高的催化剂具有重要的意义。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种炭基催化剂的制备方法，具体包括以下步骤:
(1)将活性炭研磨并筛分成40~60目，然后用蒸馏水洗4~6遍至上清液无浑浊物悬浮，在100~120°C干燥6~8小时；
(2)将干燥后的活性炭在浓度为0.5-1.5mol/L的KOH溶液中煮沸1.5-2.0h，再用蒸馏水洗涤至滤液为中性，过滤后在100~120°C下干燥6~8小时；
(3)将干燥后的活性炭加入Fe2(CO3)3胶体溶液中超声浸渍0.5-1.0小时，再将浸渍后的活性炭在100~120°C下干燥6~8小时，然后在300°C下焙烧3小时负载有活性组分的活性炭;
(4)将步骤(3)中得到的且负载有活性组分的活性炭放入KOH溶液中超声浸渍0.5-1.0小时，再将浸渍后的炭基催化剂在100~120°C下干燥3~4小时；
(5)将步骤(4)干燥后的炭基催化剂置于板式低温等离子体反应装置内，分别采用氮气、氧气或氨气对催化剂改性5~40min，即得到改性炭基催化剂。
[0008]本发明步骤(5)中所述的板式低温等离子体反应装置包括高压电极1、石英管2、石英片3、低压电极4、进气口 5、出气口 6、橡胶塞I 8、橡胶塞II 9，高压电极I穿过橡胶塞I 8固定在石英管2内，低压电极4穿过橡胶塞II 9固定在石英管2内；橡胶塞II 9上设有进气口 5、出气口 6位于石英管2的下端，石英片3放置于低压电极4上；低压电极4、低压电极4分别与交流高压电源连接。
[0009]本发明步骤(5)中所述的板式低温等离子体反应装置的工作电压为1~6.5KV、电流为 0.2~1Αο
[0010]本发明所述炭基催化剂的制备方法制备得到的炭基催化剂用于脱除尾气中的羰基硫，条件为:在常压下，处理温度为40~70 °C，空速为500(^200001^的条件下脱除尾气中的幾基硫。
[0011]相较于现有的技术，本发明的有益效果为:
(I)本发明所述方法技术简单易行，放电均匀，对炭基催化剂改性效果好，改性装置的运行成本低，该方法制得的催化剂完全可以适用于气源中羰基硫的浓度范围，改性后的催化剂其催化水解羰基硫的稳定性高。
[0012](2)本发明所述炭基催化剂经板式介质阻挡放电等离子体改性后，其低温下对羰基硫的催化水解的稳定性明显提尚。
【附图说明】
[0013]图1为板式低温等离子体反应装置的结构示意图；
图2为实施例1~3中催化剂对COS的催化水解活性。
[0014]图中:1_尚压电极；2_石英管；3_石英片；4_低压电极；5_进气口 ；6_出气口 ；7-催化剂；8_橡胶塞I ;9_橡胶塞II。
【具体实施方式】
[0015]下面结合部分具体实施例进一步详细描述本发明，但本发明保护范围并不限于如下所述内容。
[0016]本发明实施例1~3测试水解催化剂的活性可以用COS的转化率来表示。
[0017]实施例1
将活性炭研磨并筛分成40~60目，然后分别有自来水和蒸馏水洗4~6遍至上清液无浑浊物悬浮，在100°C下于鼓风干燥箱中干燥7小时；将干燥后的活性炭在浓度为0.5mol/L的KOH溶液中煮沸1.5小时，再用蒸馏水洗涤至pH (pH约为7)恒定，过滤后在100°C下于鼓风干燥箱中干燥6小时；将干燥后的活性炭浸入金属盐(Fe2O3的负载量为活性炭质量的5%)溶液中超声浸渍0.5小时，再将浸渍后的活性炭在100°C下于鼓风干燥箱中干燥6小时，然后在300°C下焙烧3小时；将焙烧后且负载有活性组分的活性炭放入碱性溶液中超声浸渍0.5小时，再将浸渍后的炭基催化剂在100°C下于鼓风干燥箱中干燥3小时；将经上述过程处理过的炭基催化剂Fe/AC置于板式石英管片介质阻挡放电反应器中，在IKV电压，0.2A的电流和氮气气氛条件下处理5min，得到氮气低温等离子体改性催化剂Fe/AC/N2-NTP0
[0018]本实施例步骤(5)中所述的板式低温等离子体反应装置包括高压电极1、石英管2、石英片3、低压电极4、进气口 5、出气口 6、橡胶塞I 8、橡胶塞II 9，高压电极I穿过橡胶塞I 8固定在石英管2内，低压电极4穿过橡胶塞II 9固定在石英管2内；橡胶塞II 9上设有进气口 5、出气口 6位于石英管2的下端，石英片3放置于低压电极4上；低压电极4、低压电极4分别与交流高压电源连接。
[0019]本实施例所述炭基催化剂的制备方法制备得到的炭基催化剂用于脱除尾气中的羰基硫，具体包括以下步骤:将低温等离子体改性水解催化剂置于Φ4_Χ100_的固定床石英反应器内，催化剂的填充高度为45mm，COS的浓度为1105mg/Nm3(平衡气为氮气)，以流速为55ml/min的速率通入到反应器内，水蒸气由水饱和器带入反应器中，在相对湿度为49%，反应温度为50