一种新型氮掺杂碳脱硫催化剂的制备及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115920940A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211494085.4(22)申请日2022.11.25(71)申请人中国科学院大连化学物理研究所地址116000辽宁省大连市沙河口区中山路457号申请人上海恺一化工新材料有限公司(72)发明人刘岳峰刘旭卢虹霓(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212专利代理师周媛媛李馨(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J21/18(2006.01)C01B32/00(2017.01)C01B17/04(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种新型氮掺杂碳脱硫催化剂的制备及其应用(57)摘要本发明公开了一种具有多级孔结构的新型氮掺杂碳脱硫催化剂的制备方法。所述氮掺杂碳催化剂通过如下方法制得：首先将碳氮前驱体和熔盐模板按照一定比例溶于去离子水中，然后将其转移至冷冻干燥箱中干燥后得到白色粉末，最后将所得白色粉末在惰性气氛下碳化，洗涤，离心，干燥得到样品。此方法制备的氮掺杂碳催化剂具有丰富的多级孔结构、较高的比表面积和氮含量。本发明所制得的氮掺杂碳催化剂用于硫化氢选择性氧化反应时具有较高的硫化氢转化率和硫磺选择性，并且在富含水蒸汽以及高氧/硫比的反应条件下仍然具有较高的催化活性和稳定性，其脱硫性能高于同类型催化剂，且具有广阔的工业应用前景。CN115920940ACN115920940A权利要求书1/1页1.一种新型氮掺杂多孔碳催化剂的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氮碳前驱体和模板剂按照一定的比例混合，完全溶于溶剂中，得到澄清溶液；模板剂为氯化钠、氯化钾、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或多种；(2)将步骤1)所得到的澄清溶液置于冷冻干燥箱中，得到白色固体粉末；(3)将步骤2)所得到的固体粉末在惰性气氛下升温至600～1000℃，保持2～12h，得到固体产物；(4)将步骤3)所得到的固体经过洗涤，离心，过滤，干燥，得到氮掺杂多孔碳催化剂。2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳催化剂的合成方法，其特征在于：步骤1)中所述碳源为葡萄糖、蔗糖或壳聚糖中的一种或多种，氮源为三聚氰胺、双氰胺或尿素中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的冷冻干燥温度为‑50～‑30℃，干燥时间为10～60h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述惰性气氛为氩气、氦气、氮气中一种或二种以上的组合，所述升温速率为1～10℃/min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中所述洗涤条件为水洗，直到滤液pH呈中性为止，干燥条件为将洗涤后的样品置于60～100℃烘箱中干燥10～30h。6.一种权利要求1～5所述合成方法制备的氮掺杂碳催化剂用于H2S选择性氧化的应用。7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述催化剂应用于含水蒸气、高氧/硫比以及复杂气体工况下的H2S选择性氧化反应，将H2S气体选择性氧化生成硫磺。2CN115920940A说明书1/5页一种新型氮掺杂碳脱硫催化剂的制备及其应用技术领域[0001]本发明属于新型功能材料制备和环境催化领域，具体涉及一种新型氮掺杂碳催化剂的制备方法及其在脱硫领域的应用。背景技术[0002]硫化氢(H2S)是一种无色，但具有臭鸡蛋气味的剧毒气体，广泛存在于石油、天然气、煤炭等化石能源的开采和净化等过程中。在工业生产中，不仅会腐蚀生产设备，还会使工业催化剂中毒失活；在环境保护中，若将未处理的H2S气体直接排放到大气中会形成酸雨，造成严重的环境污染，对人类身体健康造成严重影响。因此需要对工业生产生成的H2S气体净化处理达到国家规定标准后才可排放，工业中去除H2S的策略多种多样，如分离法、吸附法、克劳斯(Claus)工艺等。目前工业中最常用是Claus工艺，该工艺需要先将H2S吸收提浓，然后使H2S不完全燃烧，再使生成的二氧化硫(SO2)与H2S反应而生成单质硫。该工艺既能有效脱除H2S气体又能实现硫元素的回收利用，但是由于受热力学平衡限制，在克劳斯工艺排放的尾气中仍然含有3％～5％的H2S未能完全反应转化成单质硫。因此迫切需要开发一种不受热力学平衡限制，可完全脱除H2S的工艺方法处理克劳斯尾气中的H2S气体。[0003]由于选择性氧化工艺不受热力学平衡限制，可将H2S完全转化为单质硫，并且该反应工艺先进，过程简单，能耗较低；因此选用其去除克劳斯尾气中未完全脱除的H2S气体。目前，常见的H2S选择性氧化催化剂主要以金属基催化剂为主，包括γ‑Al2O3、TiO2、Fe2O3以及CeO2等金属氧化物催化剂。金属氧化物催化剂虽然活性较高，但其比表面积较低，生成的