一种低温等离子体协同Cu/γ-Al2O3催化剂降解羰基硫的方法技术

本发明专利技术公开了一种低温等离子体协同Cu/γ

【技术实现步骤摘要】
一种低温等离子体协同Cu/
γ-Al2O3催化剂降解羰基硫的方法


[0001]本专利技术属于环境工程
，具体涉及一种低温等离子体协同 Cu/γ-Al2O3催化剂降解羰基硫的方法。

技术介绍

[0002]羰基硫是一种无色的有毒气体，分子为直线型，一个碳原子以两个双键分别与氧原子和硫原子相连。羰基硫性质稳定，大气中的羰基硫在平流层中被氧化为硫酸，其微溶于水。通常存在沼气、煤气、黄磷尾气、焦炉气等化工原料气中，是有机硫化物的主要成分。此外羰基硫为酸性气体，直接与设备接触，或者转化为其它含硫气体都会造成材料的腐蚀，增加设备投资和维修成本。羰基硫通过呼吸直接进入人体或者通过皮肤进入人体都对人的肌体有伤害。羰基硫排放到大气中会被光分解和氧化形成硫氧物，硫氧物会形成含硫的气溶胶，硫氧物气溶胶对大气中的化学过程的影响很大，包括臭氧的分解、自由基的消耗，这些会进一步影响气候。
[0003]目前处理工业气体中羰基硫的主要方法有直接吸收脱除和间接转化吸收脱除两类。直接吸收脱除法有湿式吸收法、干式吸附法。间接转化吸收法有加氢转化法、水解转化法和氧化转化法。但这些方法存在以下缺点：有废液排放且溶剂再生能耗高，脱硫精度不高、硫容相对较低。
[0004]中国专利(CN201810147532.6)公开了一种纳米层状固体碱脱除羰基硫的方法，该法在温度为40℃～80℃、水和羰基硫摩尔比为1.1:1～2:1、含有COS的化工原料气或硫磺尾气空速为1.0～4000h-1 的条件下，发生水解和氧化反应，COS水解后经水中溶解氧的氧化作用转化为硫单质和硫酸盐，实现COS的脱除，失活后的纳米层状固体碱经碱液浸渍、洗涤、干燥和焙烧后再生，该催化剂脱除效果好且能再生，但其制备工艺复杂，且只适用于空速低的情况下使用。中国专利(CN201810147528.X)公开了一种金属掺杂KP型分子筛吸附剂脱除羰基硫的方法，该法在吸附温度为20℃～60℃，液化气体积空速为0.1～20h-1的条件下，利用金属掺杂KP型分子筛吸附剂中K+ 碱性中心使COS水解，且COS在碱性中心水解后生成H2S被金属氧化物活性中心化学吸附，可进一步提高COS的脱除率，该催化剂粒径均一、形貌规则且吸附性能较强，但处理的液化气体积空速较低。中国专利(CN200710062492.7)公开了一种中温羰基硫水解催化剂及其制备方法与用途，该催化剂通过添加V2O5来提高催化剂在中温条件下的抗硫酸盐性能，其中各组分的质量百分含量为：V2O5为8-12wt％， K2O为6-10wt％，Al2O3为78-86wt％，该技术只是将COS转化为硫化氢，还需要专门脱除硫化氢的工艺。
[0005]综上所述，单一使用催化剂降解羰基硫的方法对于催化剂的要求较高，而近年来低温等离子体技术在气体净化领域得到广泛关注。因此将低温等离子体的高反应活性与催化剂的高反应选择性相结合降解羰基硫具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种低温等离子体协同Cu/γ-Al2O3催化剂降解羰基硫的方法，该方法是在室温下将羰基硫气体通过填充 Cu/γ-Al2O3催化剂的同轴式介质阻挡放电反应器，利用低温等离子体协同催化技术将羰基硫降解，且抑制中间副产物生成，无二次污染，羰基硫的降解率可达99.5％以上。
[0007]具体的，本专利技术是这样实现的：、一种低温等离子体协同 Cu/γ-Al2O3催化剂降解羰基硫的方法，将羰基硫气体通过填装有 Cu/γ-Al2O3催化剂的低温等离子体反应器，羰基硫气体的空速为 10000～20000h-1，低温等离子体电压为8～10KV，频率为8～10KHz，羰基硫降解生成CO2和单质S。
[0008]进一步的，所述低温等离子体反应器为同轴式介质阻挡放电反应器，包括外径为16～20mm的石英管，直径为10～12mm的不锈钢棒高压电极，不锈钢网缠绕在石英管外壁的外电极，使用石英棉将 Cu/γ-Al2O3催化剂固定于低温等离子体放电区，且低温等离子体放电区与填充的Cu/γ-Al2O3催化剂边缘重合。
[0009]进一步的，所述Cu/γ-Al2O3催化剂采用浸渍法制备。
[0010]进一步的，所述Cu/γ-Al2O3催化剂的制备步骤包括：在去离子水中加入硝酸铜，搅拌至完全溶解后再加入γ-Al2O3，待搅拌均匀后超声震荡，干燥至成块并烘干，焙烧后压片、过筛制成20～40目的CuO/γ-Al2O3催化剂。
[0011]本专利技术的工作原理介绍：
[0012]本专利技术中Cu/γ-Al2O3催化剂采用浸渍法制备，低温等离子体协同Cu/γ-Al2O3催化剂反应机理如下：
[0013]COS
→
CO+S
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(1)
[0014]COS+H2O
→
CO2+H2S
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(2)
[0015]COS+O2→
CO+SO2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0016]CO+O2→
CO2+
·
O
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(4)
[0017]COS+CuO
→
CO2+CuS
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(5)
[0018]COS+Cu2O
→
CO+CuS+CuO
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(6)
[0019]2CuS
→
Cu2S+S
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(7)
[0020]COS+Cu2S
→
CO+2CuS
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(8)
[0021]从反应机理可以看出，反应式(1)、(2)、(3)、(4)为单独低温等离子体情况下的反应过程，除固体单质硫生成外，还有CO、H2S和 SO2生成，而在Cu/γ-Al2O3催化剂引入后，如反应式(5)、(6)、(7)、 (8)所示，COS优先与Cu离子结合，生成了CuS和Cu2S，但是在低温等离子体氛围中受到高能电子的轰击，使得Cu
+
和Cu
2+
之间形成了一个循环，不至于因为生成CuS和Cu2S而导致Cu离子的消耗，所以在低温等离子体协同Cu/γ-Al2O3催化剂的体系中，Cu
+
和Cu
2+
的存在能够抑制H2S和SO2生成，再加上催化剂的表面氧被消耗，使得CO2的选择性提高。此外Cu/γ-Al2O3催化剂的引入可以改变低温等离子体系中电子的分布并促进电子的转移，导致体系中能量密度增加，活性物质与羰基硫发生非弹性碰撞的机会增加，从而提高了对羰基硫的降解效果，而低温等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温等离子体协同Cu/γ-Al2O3催化剂降解羰基硫的方法，其特征在于包括：将羰基硫气体通过填装有Cu/γ-Al2O3催化剂的低温等离子体反应器，羰基硫气体的空速为10000～20000h-1
，低温等离子体电压为8～10KV，频率为8～10KHz，羰基硫降解生成CO2和单质S。2.根据权利要求1所述的降解羰基硫的方法，其特征在于，所述低温等离子体反应器为同轴式介质阻挡放电反应器，包括外径为16～20mm的石英管，直径为10～12mm的不锈钢棒高压电极，不锈钢网缠绕在石英管外壁的外电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：马懿星，陈鹏，宁平，王学谦，薛宇，王郎郎，王明飞，李凯，瞿广飞，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：