本文關(guān)鍵詞：炭基材料在室溫下對硫化氫的催化氧化研究　出處：《華東理工大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 炭材料 堿性 孔結(jié)構(gòu) 硫化氫 催化氧化

【摘要】：硫化氫作為一種高毒性、高腐蝕性的氣體污染物,給工業(yè)生產(chǎn)和人身安全帶來了巨大的安全隱患。在諸多的脫硫方法中,炭材料在室溫下可以將硫化氫催化氧化成單質(zhì)硫,這種脫除方法具有硫容大、精度高、無二次污染等優(yōu)勢。然而,商業(yè)化的微孔活性炭的孔容和孔徑較小,導(dǎo)致脫除能力普遍較低。相比微孔炭,中孔炭具有更加優(yōu)異的脫除性能,在密閉空間內(nèi)具有不可替代的優(yōu)勢。然而中孔炭的孔結(jié)構(gòu)和堿性修飾的協(xié)同作用仍然揭示不足,另外中孔炭還存在制備過程復(fù)雜、成本高昂等問題。針對以上問題,本論文從炭材料的孔結(jié)構(gòu)和堿改性角度出發(fā),開展中孔炭催化劑對硫化氫催化氧化的系統(tǒng)性研究,并探討高性能催化劑的低成本制備,初步探索堿性氧化石墨烯對硫化氫的高效脫除。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括:(1)中孔炭球的制備、改性及催化氧化H_2S的研究。采用懸浮輔助的硬模板法制備出公斤級的中孔炭球,中孔炭球具有高的機械強度、發(fā)達的中孔結(jié)構(gòu)和高的孔容,是一種優(yōu)良的催化劑載體。擔(dān)載MgO后,催化劑的穿透硫容高達2.46gH_2S/g催化劑,是目前商用活性炭催化劑的4倍左右。另外,MgO具有比其他堿性物質(zhì)如Na_2CO_3、NaOH、K_2CO_3、KOH等更高的催化性能。通過降低反應(yīng)溫度,提高氣流的相對濕度以及降低空速,催化劑可以獲得更高的硫容。脫硫產(chǎn)物主要為單質(zhì)硫和少量的硫酸,脫硫產(chǎn)物存儲在中孔炭球的孔道內(nèi)。(2)層級孔炭脫硫劑的制備及催化氧化H_2S的研究。在前一章工作的基礎(chǔ)上,以MgO為堿性擔(dān)載物,采用具有中孔-大孔結(jié)構(gòu)的層級孔炭塊體為載體,以進一步提高催化劑的脫硫性能。系統(tǒng)考察了 MgO的擔(dān)載量和載體的孔結(jié)構(gòu)對脫硫性能的影響,催化劑的穿透硫容最高可達3.02 g H_2S/g催化劑。層級孔炭發(fā)達的孔道可以為產(chǎn)物提供更多的存儲空間,而MgO提高了層級孔炭的表面堿性和親水性。因此,催化劑的脫硫性能受到MgO擔(dān)載量和載體孔結(jié)構(gòu)的共同影響。脫硫產(chǎn)物主要是單質(zhì)硫和硫酸,脫硫產(chǎn)物均勻地覆蓋在炭的骨架上。(3)簡易硅模板法制備堿性中孔炭在室溫下高效脫除硫化氫。中孔炭催化劑雖然具有優(yōu)異的脫硫性能,但其制備過程復(fù)雜、成本高昂。本章在硅模板法的基礎(chǔ)上,將炭/硅復(fù)合物經(jīng)NaOH刻蝕后直接干燥制備堿性中孔炭,省略了冗長的洗滌和堿浸漬步驟。堿性中孔炭的孔道來源于硅模板被NaOH刻蝕后留下的空間,而強的堿性則來源于殘留的刻蝕產(chǎn)物Na_2Si0_3和NaOH。通過改變NaOH的刻蝕濃度和碳前軀體/硅模板的比例可以調(diào)節(jié)堿性中孔炭的孔容和堿性。發(fā)達的孔結(jié)構(gòu)可以作為脫硫產(chǎn)物的存儲空間,而強的堿性則有利于硫化氫的解離和催化氧化。因此堿性中孔炭對硫化氫有著超高的脫硫性能,穿透硫容和飽和硫容最高可達2.65和4.49gH_2S/g催化劑。另外,這種簡易的硅模板法還具有很強的普遍性,可適用于各種納米硅模板。(4)堿性氧化石墨烯室溫下高效脫除硫化氫。氧化石墨烯特殊的二維平面結(jié)構(gòu)以及豐富的表面含氧官能團使其具有許多獨特的物理和化學(xué)性質(zhì),因此有望成為一種高性能催化劑。本章將GO懸浮液與NaOH溶液混合后冷凍干燥可以直接制備出堿性氧化石墨烯,NaOH脫除了氧化石墨烯片層上的部分含氧官能團,導(dǎo)致了氧化石墨烯的部分還原。NaOH的擔(dān)載提高了氧化石墨烯的堿性,大大提高了催化劑的脫硫性能,穿透硫容最高可達4.48 gH_2S/g催化劑,遠(yuǎn)高于目前報道的最優(yōu)的中孔炭催化劑。脫硫產(chǎn)物主要是單質(zhì)硫,單質(zhì)硫形成微米級的大塊顆粒,覆蓋在氧化石墨烯片層的表面。
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄭元昌;使用催化氧化工藝從工廠廢水中回收醋酸[J];化工生產(chǎn)與技術(shù);2003年02期

2 韓東;陳孟林;黃智;何星存;;吸附-催化氧化再生技術(shù)處理廢水的研究進展[J];化工技術(shù)與開發(fā);2011年08期

3 羅貴昌;;多元催化氧化處理化纖廢水的研究[J];河南化工;2011年15期

4 羅忠鑒 ,楊盛書 ,桂正良;化學(xué)演示實驗的研究和改革Ⅲ氨的催化氧化[J];四川師院學(xué)報(自然科學(xué)版);1981年01期

5 張紹芳;對氨的催化氧化演示實驗的改進[J];西南師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);1984年03期

6 徐永福;二氧化硫在大氣含水體系中的催化氧化[J];應(yīng)用化學(xué);1987年05期

7 張福芝;杭道耐;;苯和丁烷催化氧化制順酐的氣相色譜分析[J];化學(xué)工業(yè)與工程;1988年02期

8 宮寶安;王孝昒;李長海;;含硫脫毛堿膨脹廢水的催化氧化治理[J];環(huán)境污染與防治;1989年04期

9 陳先明,胡寶妹,程衛(wèi)平,孟小玲;催化氧化葡萄糖制備葡萄糖酸鈉和D-葡萄糖酸δ-內(nèi)酯[J];化學(xué)世界;1990年05期

10 郭國瑞;袁們，

本文編號：1333481