本发明专利技术提供一种活性炭及其制备方法和在脱硫中的用途，所述活性炭包括载体及负载于所述载体上的活性组分，所述载体为具备介孔和微孔双级孔道结构的活性炭，所述活性组分包括含氧官能团，所述含氧官能团包括羧基、酯基、醛基或醚基中的任意一种或至少两种以及羟基，所述活性组分还包括碳酸盐和/或碳酸氢盐，所述活性炭用于气体脱硫中，对硫化物具有吸附存储、催化氧化与催化水解三重功能；本发明专利技术采用含硫气体吸附氧化反应与碳热再生反应循环重复的方式制备出所述活性炭的双级孔道结构，工艺过程简单，制备成本低廉。制备成本低廉。制备成本低廉。
【技术实现步骤摘要】
一种活性炭及其制备方法和在脱硫中的用途
[0001]本专利技术涉及活性炭制备
，尤其涉及一种活性炭及其制备方法和在脱硫中的用途。
技术介绍
[0002]羰基硫(COS)在常温常压状态下是有臭鸡蛋气味的无色气体，可燃且含有剧毒性，可水解为H2S，广泛存在于工业尾气中。当COS扩散到大气中会被氧化成为SO2进而溶解在水蒸气中形成酸雨，对环境造成严重破坏。因此脱除COS对工业生产与环境保护有着重要的意义。
[0003]在COS脱除方法中，催化水解法因其反应温度低、无需额外氢源、脱硫效率高等优点在工业上广泛使用。目前已经应用的COS水解催化剂包括Al2O3基催化剂、TiO2基催化剂、水滑石催化剂或活性炭基催化剂等。其中，活性炭基催化剂由于具有丰富的微孔结构和良好的电子传导性，有更大的改性空间。
[0004]CN103432897A公开了一种富氮多孔碳脱硫剂及其制备方法，脱硫剂由经表面氧化预处理后的活性炭和负载在活性炭表面的含氧官能团和含氮官能团构成，从而提高了脱硫容量，但其主要用于脱除SO2，并未用于脱除COS。
[0005]CN101703928A公开了一种低温水解COS活性炭基催化剂及制备方法，所制备活性炭依次使用金属氧化物溶液、碱溶液进行浸渍，从而可以将气体中的COS脱除，且将COS水解产生的H2S一并脱除，但对于COS的吸附存储效果不佳。
[0006]CN111135793A公开了可再生型高效深度脱硫活性炭及其制备方法，在活性炭的预定孔道结构内，引入官能团，同时负载金属化合物，加强了脱硫效果，延长了活性炭的使用周期，适用于脱除石化产品中的硫化物，但缺少对于硫化物的吸附存储与催化水解，脱硫功能单一。
[0007]现有脱硫活性炭多注重于对其负载物的探索，对活性炭本身进行改性的研究并不多，仍然存在脱硫不完全，活性炭改性成本高等问题。
[0008]因此，需要开发一种活性炭，提高气体中含硫物质的脱除效率。
技术实现思路
[0009]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种活性炭，所述活性炭含有介孔与微孔共存的孔道结构，同时负载含氧官能团与碱性物质，应用于气体中各种硫化物的净化脱除，具有吸附存储、催化氧化与催化水解的三重功能；利用含硫气体吸附氧化反应与碳热再生反应循环重复的方式，制得介孔和微孔共存的双级孔道结构，工艺过程简单，制备成本低廉。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种活性炭，所述活性炭包括载体及负载于所述载体上的活性组分，所述载体为具备介孔和微孔双级孔道结构的活性炭；所述活性组分包括第一官
能团和第二官能团；所述活性组分还包括碳酸盐和/或碳酸氢盐；所述第一官能团包括羧基、酯基、醛基或醚基中的任意一种或至少两种的组合；所述第二官能团为羟基。
[0012]所述活性炭具备介孔和微孔的双级孔道结构，能够增大活性炭的比表面积与微孔数量，为硫化物提供良好的载体，提高对硫化物的吸附存储能力；负载第一官能团与第二官能团能够提高活性炭对硫化物的氧化活性；负载碳酸盐和/或碳酸氢盐增强了活性炭对COS的水解性能，实现了吸附存储、催化氧化与催化水解的三重功能。
[0013]所述第一官能团中典型但非限制性的组合为：羧基和酯基的组合，醛基和醚基的组合，酯基和醛基的组合或羧基、醛基和醚基的组合等。
[0014]羧基、酯基、醛基和醚基对H2S均具有氧化的作用，将H2S氧化为S，进而S储存于活性炭的孔道结构中。
[0015]羟基为COS的水解反应提供碱性活性位的作用。
[0016]优选地，所述孔道结构中，介孔含量为20～50％，例如可以是20％、22％、24％、25％、26％、28％、30％、32％、33％、34％、35％、36％、38％、40％、42％、45％、46％、48％或50％等。
[0017]优选地，所述孔道结构中，微孔含量为50～80％，例如可以是50％、52％、54％、55％、56％、58％、60％、62％、63％、64％、65％、66％、68％、70％、72％、75％、76％、78％或80％等。
[0018]本专利技术所述孔道结构中控制介孔含量为20～50％，微孔含量为50～80％，更有利于对COS的吸附，这是因为COS的吸附主要发生在介孔与微孔中，更多的孔道结构有助于提高活性炭的比表面积，为活性基团提供更多的附着位，进而有助于COS水解反应的发生，并且后续COS的水解产物H2S被氧化为S后，更多的介孔结构为S提供更多的储存位，以免S覆盖在活性基团表面导致活性丧失。
[0019]优选地，所述活性炭的比表面积为300～600m2/g，例如可以是300m2/g、350m2/g、380m2/g、400m2/g、440m2/g、450m2/g、480m2/g、500m2/g、520m2/g、540m2/g、560m2/g、580m2/g或600m2/g等。
[0020]优选地，所述活性炭的平均孔径为1.5～2.5nm，例如可以是1.5nm、1.6nm、1.7nm、1.8nm、1.9nm、2.0nm、2.1nm、2.2nm、2.3nm、2.4nm或2.5nm等。
[0021]优选地，所述碳酸盐包括碳酸钠和/或碳酸钾。
[0022]优选地，所述碳酸氢盐包括碳酸氢钠和/或碳酸氢钾。
[0023]优选地，所述碳酸盐和/或碳酸氢盐的负载量为1～10wt％，例如可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％等。
[0024]碳酸盐和/或碳酸氢盐的负载量为1～10wt％，有利于对COS的催化水解，既能够作为助催化剂增强活性炭表面碱性，为COS的水解反应提供更多的碱性活性位点，从而有助于COS水解反应的发生，又能够避免负载过量的碳酸盐和/或碳酸氢盐导致活性基团被覆盖或者微孔与介孔被堵塞，使催化性能下降。
[0025]第二方面，本专利技术提供一种活性炭的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0026](1)在原料活性炭中通入含硫气体，进行吸附氧化反应，并在保护气体的作用下，进行碳热再生反应；
[0027](2)重复步骤(1)，得到负载第一官能团且具备介孔和微孔的双级孔道活性炭；
[0028](3)依次采用碱溶液和水洗涤步骤(2)得到的双级孔道活性炭，进行第一干燥，得到负载第二官能团的活性炭；
[0029](4)在步骤(3)得到的所述负载第二官能团的活性炭上负载碳酸盐和/或碳酸氢盐，进行第二干燥，得到成品活性炭。
[0030]本专利技术提供一种活性炭的制备方法中，所采用的原料活性炭含有介孔结构，利用含硫气体在原料活性炭上发生吸附氧化反应，产生大量的硫酸与含氧官能团附着在活性炭表面与孔隙当中，从而提高活性炭的氧化活性，在保护气体的气氛下，进行碳热再生反应，使活性炭表面的硫酸与C反应生成CO2、SO2和H2O，从而在活性炭表面创造出微孔；重复吸附氧化反应和碳热再生反本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种活性炭，其特征在于，所述活性炭包括载体及负载于所述载体上的活性组分，所述载体为具备介孔和微孔双级孔道结构的活性炭；所述活性组分包括第一官能团和第二官能团；所述活性组分还包括碳酸盐和/或碳酸氢盐；所述第一官能团包括羧基、酯基、醛基或醚基中的任意一种或至少两种的组合；所述第二官能团为羟基。2.根据权利要求1所述的活性炭，其特征在于，所述孔道结构中，介孔含量为20～50％；优选地，所述孔道结构中，微孔含量为50～80％；优选地，所述活性炭的比表面积为300～600m2/g；优选地，所述活性炭的平均孔径为1.5～2.5nm；优选地，所述碳酸盐包括碳酸钠和/或碳酸钾；优选地，所述碳酸氢盐包括碳酸氢钠和/或碳酸氢钾；优选地，所述碳酸盐和/或碳酸氢盐的负载量为1～10wt％。3.一种活性炭的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在原料活性炭中通入含硫气体，进行吸附氧化反应，并在保护气体的作用下，进行碳热再生反应；(2)重复步骤(1)，得到负载第一官能团且具备介孔和微孔的双级孔道活性炭；(3)依次采用碱溶液和水洗涤步骤(2)得到的双级孔道活性炭，进行第一干燥，得到负载第二官能团的活性炭；(4)在步骤(3)得到的所述负载第二官能团的活性炭上负载碳酸盐和/或碳酸氢盐，进行第二干燥，得到成品活性炭。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述含硫气体中含有SO2、O2和H2O；优选地，所述含硫气体中SO2的浓度为100～10000mg/Nm3；优选地，所述含硫气体中O2的体积含量为3～20％；优选地，所述含硫气体中H2O的体积含量为5～20％；优选地，所述原料活性炭包括生物质活性炭、煤质活性炭或木质活性炭；优选地，所述原料活性炭的比表面积为100～200m2/g；优选地，所述原料活性炭的平均粒径为1～10mm；优选地，所述原料活性炭的平均孔径为2～5nm。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述吸附氧化反应的温度为50～150℃，优选为80～120℃；优选地，所述吸附氧化反应的时间为1～20h，优选为10～15h；优选地，所述保护气体包括惰性气体和/或水蒸气；优选地，所述碳热再生反应的温度为400～600℃，优选为450～500℃；优选地，所述碳热再生反应的时间为1～10h，优选为3～6h。6.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述重复的次数为10～30次，优选为15～25次；优选地，所述第一官能团包括羧基、酯基、醛基或醚基中的任意一种或至少两种的组
合；优选地，所述双级孔道活性炭中介孔含量为20～50％；优选地，所述双级孔道活性炭中微孔含量为50～80％。7.根据权利要求3～6任一项所述的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：余剑，马铭宇，王超，高士秋，李剑玲，杨娟，
申请(专利权)人：南京赤博环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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