一种含氮炭气凝胶脱硫剂的制备方法技术

本发明专利技术为一种含氮炭气凝胶脱硫剂的制备方法，以甲醛、三聚氰胺为聚合物前驱体，与硅溶胶按一定比例混合然后进行溶胶－凝胶反应，经过干燥、高温炭化和硅去除等步骤，制得高含氮的炭气凝胶。高含氮炭气凝胶用钠或钾的碱性化合物进行浸渍、干燥而制成脱硫剂。用该法制得的脱硫剂具有很大的穿透硫容和饱和硫容。本发明专利技术具有制备方法简单，生产设备常规，适合大规模生产的优点，可广泛应用于石油天然气、合成气以及污水处理厂尾气中Ｈ↓［２］Ｓ的脱除过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种H2S脱硫剂的制备，具体涉及一种高含氮炭气凝胶脱硫剂的制备方法。
技术介绍
H2S是一种有毒有害气体，主要产生于各种工业生产过程中，如燃气制造、合成氨工业、煤气造气。污水处理和石化工业等。随着工业的发展，净化脱硫愈显得重要。该过程直接影响到催化剂中毒造成生产效率锐减、产品的质量及环境的恶化。如以煤、石油和天然气为主要原料生产氨、甲醇、甲烷化煤气等产品时，原料气中硫化物(主要是H2S、COS、CS2等)是催化剂中毒失活的主要原因；此外，含H2S的燃料气燃烧后生成的SO2是形成酸雨的气体之一。因此，有效地从原料气，燃料气中脱除H2S在化学工业中占有很重要的地位，硫化氢的脱除是当今面临的急需解决的问题。炭气凝胶是一种结构可控的纳米多孔非晶碳素材料，具有丰富的孔洞、连续的网络结构、较高的比表面积和良好的导电性能、密度变化范围广、结构可调等特点。文献(R.W.Pekala，Organic aerogls from the polycondensation of resorcinolwith formaldehyde，Journal of Materials Science，24(1989)3221-3227)和美国专利US4,873,218、US4997,804公开了一种用间苯二酚和甲醛为原料制备低密度有机气凝胶的方法，由于间苯二酚价格的原因限制了其工业化大生产。中国专利(申请号200610116392.3)提供了一种含氮的炭气凝胶的制备方法，但是由于其需要在超临界条件下进行干燥，工艺上比较繁琐，也限制了大规模生产。在合成的过程中，存在这样的问题：由于毛细管张力的存在，导致凝胶网络在干燥和炭化过程时产生结构坍塌，破坏了气凝胶的孔径结构和分布，由于收缩导致比表面积和孔容的降低。因此我们合成有机和无机网络，利用硅形成骨架结构起支撑作用，防止由于毛细管张力造成的网络塌陷，从而可以得到结构完整、孔径分布窄并且高比表面积和高孔容的炭气凝胶。目前，研究和开发的H2S脱除方法种类繁多，如湿法脱硫和干法脱硫等，中国专利(ZL9410271.1)公开了一种柱状活性炭脱除H2S的方法，但效率不高；中国专利(CN1088387C)公开了一种浸渍活性炭吸附H2S的方法，其穿透硫容可达45％(即1g脱硫剂可以吸收0.45gH2S)。本炭气凝胶与活性炭相比，穿透硫容有了很大的提高，在优化处理后，其穿透硫容可以达到65％，远远高于一般的活性炭脱硫剂。
技术实现思路
-->本专利技术的目的是在于提供一种含N炭气凝胶脱硫剂。本专利技术的目的是这样实现的，先将聚合物前驱体和无机硅体按一定比例混合成溶液，水浴下发生溶胶-凝胶反应，老化得到有机-无机复合水凝胶；常压干燥后再在惰性气体保护下高温炭化就得到炭复合气凝胶。用HF酸将其中的无机模板剂洗去，利用去离子水将pH值调成中性，干燥后既得炭气凝胶。将炭气凝胶通过浸渍一种钠或钾的碱性化合物，烘干后得到脱硫剂。一种含氮炭气凝胶脱硫剂的制备方法，其特征在于，本方法包括如下步骤：(1)以甲醛、三聚氰胺、硅溶胶按摩尔比为1：(1～4)：(1～3)混合成有机前驱体，加水，使每100ml水中含有反应物40～50g，在70℃水浴加热10～40min，制得前驱体溶液；(2)将步骤(1)中制得的前驱体溶液快速冷却至30～40℃，并调节PH值至1～4.5，再于60～90℃下经溶胶-凝胶反应后，水浴老化2～5天，得到有机—无机复合水凝胶；(3)将步骤(2)中制得水凝胶，经常压干燥后，置于炭化炉中，在700～900℃于惰性气体的保护下高温炭化裂解5～7小时，得到复合气凝胶；(4)将步骤(3)中制得的复合气凝胶利用HF酸浸泡2～3天，除去其中的硅，然后利用去离子水对其进行洗涤，将pH值调成中性，常压下干燥得到炭气凝胶；(5)将步骤(4)中制得的炭气凝胶磨碎后筛选粒径为0.3～0.7mm的样品浸渍碱性化合物水溶液，烘干后得到脱硫剂。所述的硅溶胶为SiO2颗粒粒径为7nm～12nm的商品级硅溶胶1#和硅溶胶2#，其中，硅溶胶1号的商品号：420794，硅溶胶2号的商品号：42082-4；上述步骤(3)中所述惰性气体为氮气或氩气；上述步骤(5)中的碱性化合物水溶液为浓度为1～10％，的NaOH、NaHCO3、Na2CO3、KOH、KHCO3、K2CO3溶液中的一种；浸渍时间为3-24h，浸渍温度为25℃，压力为一个标准大气压；上述步骤(4)中调节pH所用试剂为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸的一种，其浓度为0.1mol/L。有益效果.......采用本专利技术的方法制得的炭气凝胶脱硫剂，具有很大的穿透硫容和饱和硫容，其比表面积为100～1000m2/g，孔容为0.1～1.5m3/g，密度在0.20～0.80Cm3/g，平均孔径在7～70nm。本专利技术的制备方法简单，生产设备常规，适合大规模生产的优点，可广泛应用于石油天然气、合成气以及污水处理厂尾气中H2S的脱除过程。-->具体实施方式下面通过实施实例及附表对本专利技术作进一步阐述。实施例1将三聚氰胺、甲醛、硅溶胶1号按摩尔比为1：3：1.5混合成前驱体溶液，在70℃下水浴20min。再快速冷却至30℃。利用0.1mol/L盐酸将pH值调节至1。固含量为40g/100ml。再于85℃下进行溶胶-凝胶反应，继续老化4天得到复合水凝胶。常压后于惰性气体保护下，600℃炭化3h。再将其置于HF酸溶液中浸泡，除去其中的硅，再用去离子水将其PH值调至中性，常压下进行干燥后，得到炭气凝胶。最后将炭气凝胶与8％ NaOH溶液进行等体积浸渍，于130℃干燥24h制得炭气凝胶脱硫剂。其BET比表面积为700m2/g，孔容为1.1cm3/g，在常压，温度为30℃，相对湿度为90％，H2S进口浓度1000ppm，氧气含量为1％的条件下进行脱硫性能表征，当穿透浓度为1ppm时，试验结果表明脱硫剂的穿透硫容为65％，饱和硫容为89％。实施例2将三聚氰胺、甲醛、硅溶胶1号按摩尔比为1：3：1.5混合成前驱体溶液，在70℃下水浴20min。再快速冷却至30℃。利用0.1mol/L盐酸将pH值调节至3。固含量为40g/100ml。再于85℃下进行溶胶-凝胶反应，继续老化4天得到复合水凝胶。常压后于惰性气体保护下，700℃炭化3h。再将其置于HF酸溶液中浸泡，除去其中的硅，再用去离子水将其pH值调至中性，常压下进行干燥后，得到炭气凝胶。最后将炭气凝胶与6％ K2CO3溶液进行等体积浸渍，于130℃干燥24h制得炭气凝胶脱硫剂。其BET比表面积为580m2/g，孔容为0.8cm3/g，在常压，温度为30℃，相对湿度为90％，H2S进口浓度1000ppm，氧气含量为1％的条件下进行脱硫性能表征，当穿透浓度为1ppm时，试验结果表明脱硫剂的穿透硫容为49％，饱和硫容为73％。实施例3将三聚氰胺、甲醛、硅溶胶2号按摩尔比为1∶3∶2混合成前驱体溶液，在70℃下水浴20min。再快速冷却至30℃。利用0.1mol/L盐酸将pH值调节至1。固含量为50g/100ml。再于85℃下进行溶胶-凝胶反应，继续老化4天得到复合水凝胶。常压后于惰性气体保护下，600℃炭化3h。再将其置于HF酸溶液中浸泡，除去其中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含氮炭气凝胶脱硫剂的制备方法，其特征在于，本方法包括如下步骤：　（１）以甲醛、三聚氰胺、硅溶胶按摩尔比为１∶（１～４）∶（１～３）混合成有机前驱体，加水，使每１００ｍｌ水中含有反应物４０～５０ｇ，在７０℃水浴加热１０～４０ｍｉｎ，制得前驱体溶液；　（２）将步骤（１）中制得的前驱体溶液快速冷却至３０～４０℃，并调节ＰＨ值至１～４．５，再于６０～９０℃下经溶胶－凝胶反应后，水浴老化２～５天，得到有机－无机复合水凝胶；　（３）将步骤（２）中制得水凝胶，经常压干燥后，置于炭化炉中，在７００～９００℃于惰性气体的保护下高温炭化裂解５～７小时，得到复合气凝胶；　（４）将步骤（３）中制得的复合气凝胶利用ＨＦ酸浸泡２～３天，除去其中的硅，然后利用去离子水对其进行洗涤，将ｐＨ值调成中性，常压下干燥得到炭气凝胶；　（５）将步骤（４）中制得的炭气凝胶磨碎后筛选粒径为０．３～０．７ｍｍ的样品浸渍碱性化合物水溶液，烘干后得到脱硫剂；　其中，所述的硅溶胶为ＳｉＯ↓［２］颗粒粒径为７ｎｍ～１２ｎｍ的硅溶胶，　所述步骤（３）中的惰性气体为氮气或氩气；　所述步骤（５）中的碱性化合物水溶液为浓度为１～１０％，的ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ↓［３］、Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］、ＫＯＨ、ＫＨＣＯ↓［３］、Ｋ↓［２］ＣＯ↓［３］溶液中的一种。...

【技术特征摘要】
1、一种含氮炭气凝胶脱硫剂的制备方法，其特征在于，本方法包括如下步骤：(1)以甲醛、三聚氰胺、硅溶胶按摩尔比为1：(1～4)：(1～3)混合成有机前驱体，加水，使每100ml水中含有反应物40～50g，在70℃水浴加热10～40min，制得前驱体溶液；(2)将步骤(1)中制得的前驱体溶液快速冷却至30～40℃，并调节PH值至1～4.5，再于60～90℃下经溶胶-凝胶反应后，水浴老化2～5天，得到有机—无机复合水凝胶；(3)将步骤(2)中制得水凝胶，经常压干燥后，置于炭化炉中，在700～900℃于惰性气体的保护下高温炭化裂解5～7小时，得到复合气凝胶；(4)将步骤(3)中制得的复合气凝胶利用HF酸浸泡2～3天，除去其中的硅，然后利用去离子水对其进行洗涤，将pH值调成中性，常压下干燥得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓怿，陈庆军，龙东辉，陈亮，王志，刘小军，詹亮，张睿，凌立成，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]