本发明专利技术公开了一种低温催化氧化二氧化硫的炭基脱硫催化剂以及其制备与应用。所述炭基脱硫催化剂为活性炭类材料表面被氮、硫杂原子同时修饰的，氮元素和硫元素的质量含量分别为炭基脱硫催化剂总质量0.1～10％和0.1～5％的脱硫催化剂。其制备是先将活性炭类材表面进行氧化预处理，然后用杂原子前驱物浸渍，之后置入煅烧炉中于400～1000℃下煅烧。炭基脱硫催化剂在脱除工业废气中二氧化硫制取硫酸中的应用,将含有二氧化硫的工业废气调质至粉尘浓度≤50mg/m3，温度50-150℃，氧气体积含量≥3％，水蒸气体积含量≥5％，使调质后的工业废气通过以炭基脱硫催化剂构成的床层，废气中二氧化硫在炭基脱硫催化剂的作用下催化氧化成三氧化硫，进而反应生成硫酸。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种低温催化氧化二氧化硫的炭基脱硫催化剂以及其制备与应用。所述炭基脱硫催化剂为活性炭类材料表面被氮、硫杂原子同时修饰的，氮元素和硫元素的质量含量分别为炭基脱硫催化剂总质量0.1～10％和0.1～5％的脱硫催化剂。其制备是先将活性炭类材表面进行氧化预处理，然后用杂原子前驱物浸渍，之后置入煅烧炉中于400～1000℃下煅烧。炭基脱硫催化剂在脱除工业废气中二氧化硫制取硫酸中的应用,将含有二氧化硫的工业废气调质至粉尘浓度≤50mg/m3，温度50-150℃，氧气体积含量≥3％，水蒸气体积含量≥5％，使调质后的工业废气通过以炭基脱硫催化剂构成的床层，废气中二氧化硫在炭基脱硫催化剂的作用下催化氧化成三氧化硫，进而反应生成硫酸。【专利说明】低温催化氧化二氧化硫的炭基脱硫催化剂及其制备与应用
本专利技术涉及二氧化硫催化氧化
，具体涉及在低温下催化氧化二氧化硫的 炭基脱硫催化剂及其制备与应用。
技术介绍
我国S02s染严重，每年向大气中排放2000万吨以上S02，所形成的酸雨对国土污 染十分严重。以石灰石一石膏法为代表的湿法烟气脱硫技术是目前世界范围内应用最广泛 的脱硫技术。该法利用石灰石作为吸收剂，吸收烟气中的so 2并生成副产物石膏。然而在 实际工程应用时，该脱硫技术面临设备腐蚀磨损大、投资较大、副产物石膏产量大、副产物 石膏利用价值低等问题。 同时，硫酸是一种重要的基本化工原料，广泛应用于生产化学肥料、合成纤维、涂 料等领域，在国民经济中的作用十分重要。然而，我国硫资源十分短缺，它已成为制约我国 硫酸行业发展的瓶颈。2007年，我国进口硫资源超过1255万吨，接近总硫消费量的60%。 其中，硫磺进口量达到965万吨，进口硫磺占硫磺消费量的89%，占总硫消费量的43%。因 此，开发脱除工业排放废气中二氧化硫并回收硫资源的资源化烟气脱硫技术具有重大经济 社会效益。 炭法烟气脱硫技术采用活性炭、活性焦或活性炭纤维等多孔碳材料为脱硫剂，利 用多孔碳材料的纳米孔隙结构将烟气中so 2吸附并催化氧化为so3，吸附饱和后的脱硫剂可 通过水洗或加热的方式再生。与石灰石一石膏法脱硫技术副产石膏不同的是，炭法烟气脱 硫技术的副产物为稀硫酸（水洗再生）或浓so 2(加热再生），利用价值高。 申请号为201110227913. 9的专利文献公开了一种脱除回收工业排放气低浓度二 氧化硫的方法。该方法利用炭基催化剂，将工业排放气中低浓度二氧化硫催化氧化为三氧 化硫，并与水蒸汽反应生成硫酸。然而，由于生成的硫酸聚集在炭基催化剂的孔隙中，随着 脱硫的进行，催化剂失去活性。当催化剂失去活性后，排放气的二氧化硫浓度迅速升高。因 此脱硫一段时间后，需要用稀硫酸或清水对催化剂床层进行洗涤，使催化剂床层的催化活 性得以恢复。因此整个操作工序为脱硫-再生-脱硫的间隙操作。 申请号为97107745. 2的专利文献公开了一种脱除与回收废气中二氧化硫的方 法。该方法以活性炭纤维为脱硫催化剂，利用活性炭纤维的催化氧化性能将烟气中的S0 2脱 除并生成硫酸。然而，由于普通商品活性炭纤维的催化活性低，要达到较高的脱硫效率，操 作空间速度必须很低，因此在一定处理气体量条件下，活性炭纤维的装填量势必很大。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的第一个目的是提供一种可用于在低温下连续 催化氧化二氧化硫的炭基脱硫催化剂，以实现高效脱除气体中的二氧化硫； 本专利技术的第二个目的是提供一种制备该炭基脱硫催化剂的方法，以保证制备的脱 硫催化剂具有1?效脱除气体中-氧化硫的性能； 本专利技术的第三个目的是提供一种应用该新型高效炭基脱硫催化剂脱除工业废气 中二氧化硫并制取硫酸的工艺方法，以克服现有技术在脱除工业废气中二氧化硫并制取硫 酸的工程应用中存在的操作空间速度低（〈loootr 1)，脱硫剂用量和设备占地面积大，以及脱 硫-再生-脱硫控制复杂、设备操作过程更换频繁等问题。 针对第一个专利技术目的，本专利技术提供的可在低温下催化氧化二氧化硫的炭基脱硫催 化剂，为活性炭类材料表面被氮、硫杂原子同时修饰的，氮元素和硫元素的质量含量分别为 炭基脱硫催化剂总质量0. 1?10%和0. 1?5%的脱硫催化剂，所述活性炭类材料为活性 炭纤维、蜂窝状活性炭、中空活性炭或颗粒状活性炭。 针对第一个专利技术目的，本专利技术进一步的技术方案，修饰活性炭类材料表面的氮、硫 杂原子以含氮官能团和含硫官能团存在，氮元素和硫元素的质量含量分别为炭基脱硫催化 剂总质量0. 1?5%和0. 1?3%的催化剂。 针对第二个专利技术目的，本专利技术的基本构思为：首先，将商业可得的活性炭类材料进 行表面氧化预处理，增加材料表面的含氧官能团，提高其表面反应活性；然后，将经过预处 理的活性炭类材料浸渍在由杂原子前驱物（含有硫和氮元素的化合物）溶于水或有机溶剂 配制成的溶液中，浸渍一定时间后，缓慢干燥将溶剂蒸发，使杂原子前驱物均匀分散在活性 炭类材料的孔隙及外表面上；最后，在惰性气氛中煅烧，使杂原子前驱物分解，其分解的产 物在高温下与活性炭类材料表面的碳原子进行反应，同时生成表面含氮官能团和含硫官能 团，制备出氮、硫杂原子同时表面修饰的炭基脱硫催化剂。 本专利技术提供的制备低温催化氧化二氧化硫的炭基脱硫催化剂的具体方法，主要包 括以下工艺步骤： (1)材料表面氧化预处理：将商业可得的活性炭类材料浸泡在强氧化剂溶液中， 活性炭类材料表面充分氧化后从强氧化剂溶液中取出，用去离子水冲洗直至洗涤液pH为 6. 0?7. 5,然后进行干燥处理；或 将商业可得的活性炭类材料置入煅烧炉中，通入氧气体积浓度3%?100%的气 体，在200?600°C温度下煅烧反应0?2小时，冷却室温后取出。 (2)杂原子前驱物的浸渍：在0?60°C下，将含有氮和硫原子的前驱物溶解在溶剂 中，配置成0. 1?3mol/L的溶液，并与经过步骤（1)处理的活性炭类材料进行混合，然后在 20?10(TC温度下将溶剂蒸发，并在105?150°C进行干燥处理； (3)高温煅烧：将步骤（2)得到的负载了前驱物的活性炭类材料置入煅烧炉中，在 惰性气体保护下按照〇. 5?20°C /min的升温速率从室温升温至400?1000°C，在该温度下 煅烧反应〇?12h，使前驱物分解并与活性炭类材料表面进行反应，冷却后即制备得到氮、 硫杂原子同时表面修饰的的炭基脱硫催化剂。 在本专利技术的上述制备方法步骤（1)中，对活性炭类材料表面采取浸泡氧化预处 理，所述强氧化剂可选自硝酸、磷酸，或者是硫酸与高锰酸钾的混合溶液，优先选用硝酸，特 别优先选用质量浓度为20?50%的硝酸，制备较为经济；对活性炭基表面采取煅烧氧化预 处理，通入煅烧炉的含氧气体可为空气、氧气，或者为惰性气体与空气、氧气的混合气。 在本专利技术的上述制备方法步骤（2)中，含有氮和硫原子的前驱物质量用量与活性 炭类材料的质量用量比一般控制在1 :〇. 1?10范围。所述含有氮和硫原子的前驱物可选 自硫脲、硫氰化铵、硫磺、尿素、三聚氰胺和二氰二胺。 采用本专利技术制备的氮、硫杂原子同时表面修饰的炭基脱硫催化剂催化氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温催化氧化二氧化硫的炭基脱硫催化剂，其特征在于，为活性炭类材料表面被氮、硫杂原子同时修饰的，氮元素和硫元素的质量含量分别为炭基脱硫催化剂总质量0.1～10％和0.1～5％的脱硫催化剂，所述活性炭类材料为活性炭纤维、蜂窝状活性炭、中空活性炭或颗粒状活性炭。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇军，尹华强，程琰，李新，王维竹，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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