石墨相氮化碳催化剂的制备方法及其在氧化H2S方面的应用技术

本发明专利技术公开了石墨相氮化碳催化剂的制备方法，具体步骤为：以三聚硫氰酸为前驱体，将三聚硫氰酸研磨成粉末后置于加热装置中；然后将所述三聚硫氰酸粉末在空气气氛中，升温至500～600℃，并进行热聚合反应2h；反应结束后进行冷却至室温，最终制得纳米薄片结构的石墨相氮化碳催化剂。所述石墨相氮化碳催化剂具有高比表面积的薄片纳米片层结构，在选择性催化氧化H2S方面具有良好的催化活性和选择性。

Preparation method of graphite phase carbon nitride catalyst and its application in oxidation of H

The invention discloses a preparation method of graphite carbon nitride catalyst, which comprises the following steps: taking Trithiocyanuric acid as a precursor to Trithiocyanuric acid grinding into powder is arranged in the heating device; then the Trithiocyanuric acid powder in air, heated to 500 to 600 DEG C, and thermal polymerization 2H; after the reaction was cooled to room temperature, Shi Moxiang finally prepared carbon nitride nanosheets catalyst structure. The graphite phase carbon nitride catalyst has a flake structure with a high surface area and is used for selective catalytic oxidation of H

【技术实现步骤摘要】
石墨相氮化碳催化剂的制备方法及其在氧化H2S方面的应用
本专利技术涉及一种环境催化剂的制备及其应用，具体涉及石墨相氮化碳催化剂的制备方法及其在氧化H2S方面的应用。
技术介绍
天然气加工和石油炼制等排放物中一般都含有一定量的硫化氢气体。不仅会造成生产设备的腐蚀以及下游催化剂中毒而且污染环境并损害人体健康。目前工业应用于H2S的处理主要是Claus硫回收工艺，该法不仅能够脱出尾气中的硫化氢，而且还可以实现硫磺的回收利用，该工艺的基本原理如下：H2S+(3/2)O2→SO2+H2O(1)SO2+2H2O→(3/n)Sn+2H2O(2)。但由于热力学平衡限制，Claus反应的硫化氢转化率仅能达到97％左右，仍有3％左右的硫化氢未能完全转化成单质硫，而且该工艺需对H2S进行富积和解吸、工艺路线长并且设备的投资较大。随着环境法规越来越严格，迫切需要开发一种运行能耗更低、H2S脱除效率更高并能够实现硫资源化的处理方法。在各种方法中，选择性催化氧化H2S为单质硫的方法受到人们广泛的重视(式(3))。该反应不受热力学平衡限制，无需对H2S进行富积和解吸，工艺先进，过程简单。并且该反应是放热反应，H2S含量达到一定程度时就无需要外部供热，能耗低。上述特点表明选择性催化氧化H2S为硫单质具有良好的应用前景，实现这一过程的关键在于发展高效的催化剂。H2S+1/2O2→(1/n)Sn+H2O(3)目前，已发展的H2S选择性氧化催化剂主要有分子筛体系、碳材料体系、SiC载体体系及金属氧化物体系等。但是以上催化剂均存在不足之处。例如，分子筛、活性炭和SiC体系具有传热快，热稳定性好，起始阶段的催化性能好，但它们都是负载型催化剂体系，其活性组分易团聚、易流失，同时载体容易和H2S反应生成硫酸盐，导致催化剂失活。金属氧化物体系如Al2O3、Fe2O3、V2O5等，其自身有催化活性位，且具有较好的转化率，目前在H2S选择性催化氧化反应中应用的较多。但以上金属氧化物催化剂在使用过程均易发生硫酸化并因此失活，同时Fe2O3的选择性差、V2O5的毒性较大等问题都限制了金属氧化物催化剂在H2S选择性催化氧化反应中的进一步发展。因此，除了在原有的催化剂上改性外，发展新型高效的H2S选择性氧化催化剂也非常重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中H2S选择性氧化催化剂存在选择性差、易失活等缺陷，目的在于提供石墨相氮化碳催化剂的制备方法及其在氧化H2S方面的应用，所述石墨相氮化碳催化剂具有高比表面积的薄片纳米片层结构，在选择性催化氧化H2S方面具有良好的催化活性和选择性。本专利技术通过下述技术方案实现：石墨相氮化碳催化剂的制备方法，具体步骤为：以三聚硫氰酸为前驱体，将三聚硫氰酸研磨成粉末后置于加热装置中；然后将所述三聚硫氰酸粉末在空气气氛中，升温至500～600℃，并进行热聚合反应2h；反应结束后进行冷却至室温，最终制得纳米薄片结构的石墨相氮化碳催化剂。优选地，所述将三聚硫氰酸研磨为粉末的粒度大小为200～250目。优选地，所述具体步骤中，以升温速率为5℃/min升温至500～600℃。优选地，所述制得纳米薄片结构的石墨相氮化碳催化剂的薄片结构厚度为2～6nm。一种上述制备方法制备的石墨相氮化碳催化剂的应用，所述石墨相氮化碳催化剂用于选择性催化氧化H2S。优选地，所述选择性催化氧化H2S的反应温度为90℃～210℃。优选地，所述用于选择性催化氧化反应的含H2S组分的原料气中包括H2S和O2的质量比为2:1。优选地，所述催化剂装填量为0.4g；原料气组分及含量依次为：5000ppmH2S和2500ppmO2，其余为N2平衡气；反应管内径为5mm；原料气空速为3000mL·g-1·h-1；原料气流速为20mL·min-1。石墨相氮化碳的合成是一个复杂的热化学反应过程，不同程度的缩聚物能够在较宽的温度范围内共存，制备仅含有一种分子结构的氮化碳聚合物非常困难。现有技术中石墨相氮化碳具有氧还原能力，在酸性介质中其催化活性明显高于炭黑。但石墨相氮化碳材料较差的导电能力和较低的比表面积，严重抑制了其氧还原的能力，使反应电流密度和还原起始电位较低，严重制约了其应用。实际过程中通过前驱体直接缩聚制备的氮化碳的比表面积很小，通常在10m2/g左右，这严重限制了氮化碳实际中的应用。常采用模板法或软模板法可以控制改变石墨型氮化碳的形貌结构，制备过程复杂。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术石墨相氮化碳催化剂的制备方法及其在氧化H2S方面的应用，本专利技术首次将石墨相氮化碳材料应用到H2S选择性催化氧化反应中，不仅扩宽了石墨相氮化碳材料的应用领域。也为新型高效的H2S选择性氧化催化剂的设计开发提供实验基础，性能比传统碳材料及体相石墨相氮化碳更优异；2、本专利技术石墨相氮化碳催化剂的制备方法及其在氧化H2S方面的应用，本专利技术合成的石墨相氮化碳，不含金属，制备方法简单，所合成的样品为纳米薄片结构，比表面积大，在选择性催化氧化H2S方面具有良好的活性和选择性；3、本专利技术石墨相氮化碳催化剂的制备方法及其在氧化H2S方面的应用，本专利技术制备的催化剂无需负载或复合其它活性组分，其本身含有的Lewis碱功能和碱功能以及含氮极性基团可以作为催化反应的活性位。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术实施例1～5和对比例1热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂的XRD图谱；图2为本专利技术实施例1～5和对比例1热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂的FTIR图谱；图3为本专利技术实施例1～5和对比例1热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂的扫描电镜图；图4(a)为本专利技术实施例1～5和对比例1热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂在H2S选择性催化氧化反应中H2S转化率曲线图；图4(b)为本专利技术实施例1～5和对比例1热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂在H2S选择性催化氧化反应中H2S选择性曲线图；图4(c)为本专利技术实施例1～5和对比例1热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂在H2S选择性催化氧化反应中硫单质的产率曲线图；图5(a)为本专利技术实施例5热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂与石墨化活性炭在H2S选择性催化氧化反应中H2S转化率曲线图；图5(b)为本专利技术实施例5热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂与石墨化活性炭在H2S选择性催化氧化反应中H2S选择性曲线图；图5(c)为本专利技术实施例5热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂与石墨化活性炭在H2S选择性催化氧化反应中硫单质的产率曲线图；图6为本专利技术实施例5热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂在催化反应前后的XRD图谱；图7为本专利技术实施例5热聚合法制备的石墨相氮化碳催化剂在催化反应前后的FTIR图谱。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1将6.0g三聚硫氰酸研磨成粒度为200目的粉末，置于加热装置中，在空气气氛中，以5℃/min的升温速率升温至500℃，并进行热聚合反应2h。自然冷却至室温后，收集合成的样品，得到纳米薄片结构的石墨相氮化本文档来自技高网...

【技术保护点】
石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：以三聚硫氰酸为前驱体，将三聚硫氰酸研磨成粉末后置于加热装置中；然后将所述三聚硫氰酸粉末在空气气氛中，升温至500～600℃进行热聚合反应2h；反应结束后进行冷却至室温，最终制得纳米薄片结构的石墨相氮化碳催化剂。

【技术特征摘要】
1.石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：以三聚硫氰酸为前驱体，将三聚硫氰酸研磨成粉末后置于加热装置中；然后将所述三聚硫氰酸粉末在空气气氛中，升温至500～600℃进行热聚合反应2h；反应结束后进行冷却至室温，最终制得纳米薄片结构的石墨相氮化碳催化剂。2.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述将三聚硫氰酸研磨为粉末的粒度大小为200～250目。3.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述具体步骤中，以升温速率为5℃/min升温至500～600℃。4.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述制得纳米薄片结构的石墨相氮化碳催化剂的薄片结构厚度为2～6nm。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王心晨，江莉龙，沈丽娟，曹彦宁，雷淦昌，
申请(专利权)人：福州大学化肥催化剂国家工程研究中心，
类型：发明
国别省市：福建,35