一种SiO2@CuO核壳结构材料的制备方法及其应用与流程

本发明属工业废气处理领域，具体涉及一种sio2@cuo核壳结构材料的制备方法及其应用。

背景技术：

砷化氢又称为胂，是最简单的砷化合物，化学式为ash3，可燃、能自燃。它是砷和氢的高毒性分子衍生物。氰化氢（hcn）是一种无色，有轻微苦杏仁气味的剧毒物质。ash3和hcn同时存在于焦炉尾气、黄憐尾气、密闭电石炉尾气、化石燃料的燃烧，碳一化工等各个领域的工业废气中。as、cn等还原性气态杂质会使催化剂中毒，从而导致催化剂失活或者失效；在湿热条件下或者有氧存在时，ash3这种酸性气体很容易吸附在金属或者金属氧化物的表面，会对管道设备及计量仪表产生缓慢而长期的腐蚀，这不仅会给工业生产本身带来严重的经济损失，而且还提高了设备的投资和产品的成本；ash3的毒性大约是路易斯酸的七倍，且是强烈的溶血性毒物。长期暴露在ash3中对人体健康有很大影响，比如会使肺，呼吸道，支气管，肾脏严重损坏，还会引发癌症等高风险病症，甚至导致死亡。空气中氰化物的浓度高低不同对人体的危害也不同，当空气中体积分数达到时人体将迅速窒息而死。在较低的浓度下会引起轻微中毒，中毒机理类似于一氧化碳。不但能通过呼吸道进入人体内，还能通过皮肤接触、进食等渠道进入人体。

目前尚无研究针对的ash3和hcn同时脱除，对于ash3的脱除方法主要以湿法氧化吸收为主，公开号为cn102389697a的专利中，介绍了一种湿法净化砷化氢的方法。该方法使用氯气和氢氧化钠为原料制备新鲜的次氯酸钠溶液，在成本上具有较大的优势，但该方法需要使用的原料气体氯气本身为有毒气体，对运输及储存要求极高，且对设备腐蚀严重，另外制备的次氯酸钠溶液需要保持新鲜，增加了存储设备。传统的hcn脱除技术可分为湿法和干法两大类。湿法以吸收法为主，公开号为cn8610427a和cn101730574a的专利中介绍了几种采用碱液来脱除hcn的方法，公开号为cn102149638a的专利中介绍了使用有机试剂与hcn形成共价键去除乙二腈中hcn的方法。虽然这些方法技术成熟，应用广泛，但都避免不了费用较高、二次污染等问题。干法包括吸附法和燃烧法等，吸附法对hcn脱除较为彻底，并且通过再生可循环使用，但是吸附介质吸附量有限，需要频繁再生更换。燃烧法是针对生产实践中的尾气多来源于高温过程的特点而开发的，预热温度高和氮氧化物限制了这种技术的推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种sio2@cuo核壳结构材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按照正磷酸钠和去离子水的体积比为1-5:100的比例，将两者混合；

（2）将纳米sio2和纳米cuo分别放入分散液中，超声分散，分别得到sio2悬浊液和cuo悬浊液；

（3）把sio2悬浊液和cuo悬浊液混合，并继续搅拌5-10min，使两者充分混合后，再缓慢调节混合液的ph值为2-7后，将混合液置于水浴锅中加热并控制整个反应体系的温度，在磁力搅拌下反应60-80min；

（4）将步骤（3）的混合液静置陈化24-30h，然后过滤、离心，水和乙醇各洗3-5遍，最后将沉淀物在70℃-90℃的电热恒温鼓风干燥箱鼓风干燥24-30h，得到sio2@cuo核壳结构材料。

步骤（2）sio2和分散液按照质量体积比g:ml为1-5:100的比例混合。

步骤（2）cuo和分散液按照质量体积比g:ml为1-5:100的比例混合。

步骤（3）sio2悬浊液和cuo悬浊液按照sio2和cuo的质量比为1:5-10的比例混合。

步骤（3）加热温度为60-80℃。

步骤（3）采用浓度为0.2mol/l的稀硫酸调节ph值。

本发明还提供制备得到的sio2@cuo核壳结构材料在同时脱除烟气中的ash3和hcn中的应用，具体的是将制得的sio2@cuo核壳结构材料压片、研磨后筛分至40-60目，放入固定床石英反应器中，在氧气体积分数为0.5%-1%、相对湿度为12.5%-49%、空速为5000-20000h^-1、反应温度为100-200℃的条件下，同时脱除烟气中ash3和hcn。

本发明与现有技术相比具有的优点或积极效果：

本发明sio2@cuo核壳结构材料制备方法简单，同时高效脱除烟气中ash3和hcn，反应条件较为温和，对污染物的脱除过程简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例1中同时脱除ash3和hcn的效率结果示意图；

图2为本发明实施例2中同时脱除ash3和hcn的效率结果示意图；

图3为本发明实施例3中同时脱除ash3和hcn的效率结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内。

实施例1

一种sio2@cuo核壳结构材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按照正磷酸钠和去离子水的体积比为1:100的比例，将两者混合；

（2）将纳米sio2和分散液按照质量体积比g:ml为1:100的比例混合，超声分散，得到sio2悬浊液；将纳米cuo和分散液按照质量体积比g:ml为1:100的比例混合，超声分散，得到cuo悬浊液；

（3）把sio2悬浊液和cuo悬浊液按照sio2和cuo的质量比为1:5的比例混合，并继续搅拌5-10min，使两者充分混合后，再采用浓度为0.2mol/l的稀硫酸缓慢调节混合液的ph值为2后，将混合液置于水浴锅中加热至60℃并控制整个反应体系的温度，在磁力搅拌下反应60min；

（4）将步骤（3）的混合液静置陈化24h，然后过滤、离心，水和乙醇各洗3遍，最后将沉淀物在70℃的电热恒温鼓风干燥箱鼓风干燥24h，得到sio2@cuo核壳结构材料。

本实施例制备得到的sio2@cuo核壳结构材料在同时脱除烟气中的ash3和hcn中的应用，具体的是将制得的sio2@cuo核壳结构材料压片、研磨后筛分至40-60目（40目筛下，60目筛上，全文同），放入固定床石英反应器中，向固定床反应器中通入模拟烟气，模拟烟气中氧气体积分数为0.5%、ash3浓度100ppm、hcn浓度为100ppm、相对湿度为12.5%，在空速为5000h^-1、反应温度为100℃的条件下，同时脱除烟气中ash3和hcn，出口气通过质谱检测ash3和hcn含量，ash3和hcn的脱除效率见图1，从图1中可知，本实施例所制得的sio2@cuo核壳结构材料对ash3和hcn的100%脱除效率分别维持了150min和270min，270min内两种气体的脱除效率均维持在80%以上。

实施例2

一种sio2@cuo核壳结构材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按照正磷酸钠和去离子水的体积比为2:100的比例，将两者混合；

（2）将纳米sio2和分散液按照质量体积比g:ml为3:100的比例混合，超声分散，得到sio2悬浊液；将纳米cuo和分散液按照质量体积比g:ml为3:100的比例混合，超声分散，得到cuo悬浊液；

（3）把sio2悬浊液和cuo悬浊液按照sio2和cuo的质量比为1:8的比例混合，并继续搅拌8min，使两者充分混合后，再采用浓度为0.2mol/l的稀硫酸缓慢调节混合液的ph值为5后，将混合液置于水浴锅中加热至70℃并控制整个反应体系的温度，在磁力搅拌下反应70min；

（4）将步骤（3）的混合液静置陈化25h，然后过滤、离心，水和乙醇各洗4遍，最后将沉淀物在80℃的电热恒温鼓风干燥箱鼓风干燥25h，得到sio2@cuo核壳结构材料。

本实施例制备得到的sio2@cuo核壳结构材料在同时脱除烟气中的ash3和hcn中的应用，具体的是将制得的sio2@cuo核壳结构材料压片、研磨后筛分至40-60目，放入固定床石英反应器中，向固定床反应器中通入模拟烟气，模拟烟气中氧气体积分数为0.8%、ash3浓度150ppm、hcn浓度为150ppm、相对湿度为25%，在空速为10000h^-1、反应温度为150℃的条件下，同时脱除烟气中ash3和hcn，出口气通过质谱检测ash3和hcn含量，ash3和hcn的脱除效率见图2，从图2中可知，本实施例所制得的sio2@cuo核壳结构材料对ash3和hcn的100%脱除效率分别维持了60min和180min，180min内两种气体的脱除效率均维持在80%以上。

实施例3

一种sio2@cuo核壳结构材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按照正磷酸钠和去离子水的体积比为5:100的比例，将两者混合；

（2）将纳米sio2和分散液按照质量体积比g:ml为5:100的比例混合，超声分散，得到sio2悬浊液；将纳米cuo和分散液按照质量体积比g:ml为5:100的比例混合，超声分散，得到cuo悬浊液；

（3）把sio2悬浊液和cuo悬浊液按照sio2和cuo的质量比为1:10的比例混合，并继续搅拌10min，使两者充分混合后，再采用浓度为0.2mol/l的稀硫酸缓慢调节混合液的ph值为7后，将混合液置于水浴锅中加热至80℃并控制整个反应体系的温度，在磁力搅拌下反应80min；

（4）将步骤（3）的混合液静置陈化30h，然后过滤、离心，水和乙醇各洗5遍，最后将沉淀物在90℃的电热恒温鼓风干燥箱鼓风干燥30h，得到sio2@cuo核壳结构材料。

本实施例制备得到的sio2@cuo核壳结构材料在同时脱除烟气中的ash3和hcn中的应用，具体的是将制得的sio2@cuo核壳结构材料压片、研磨后筛分至40-60目，放入固定床石英反应器中，向固定床反应器中通入模拟烟气，模拟烟气中氧气体积分数为1%、ash3浓度200ppm、hcn浓度为200ppm、相对湿度为49%，在空速为20000h^-1、反应温度为200℃的条件下，同时脱除烟气中ash3和hcn，出口气通过质谱检测ash3和hcn含量，ash3和hcn的脱除效率见图3，从图3中可知，本实施例所制得的sio2@cuo核壳结构材料对ash3和hcn的100%脱除效率分别维持了30min和120min，180min内两种气体的脱除效率均维持在80%以上。