本发明专利技术公开了一种常温催化氧化H2S的掺氮石油焦基活性炭催化剂及其制备方法与应用。该方法包括：(1)先将块状石油焦研磨、过筛得到石油焦粉末；(2)再将石油焦粉末和活化剂充分混合、高温活化，降温后洗涤干燥，得到活化活性炭；(3)最后将活化活性炭和三聚氰胺OAT废渣研磨混合、高温焙烧，获得掺氮石油焦基活性炭。该方法首先利用嵌入碳骨架中氮原子，使材料表面提高Lewis碱性与供电能力，提高电离H2S和吸收O2能力，同时利用活性炭比表面积大的特点孔隙发达的特点，有效储存H2S催化氧化产物，从而提高活性炭催化氧化H2S的反应能力。S的反应能力。S的反应能力。
【技术实现步骤摘要】
Polyurethane Foam by Hydrothermal Carbonization for H2S Adsorption[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2020,59(16):7447
‑
56.]。因此，亟待研发一种高效低成本的脱硫掺氮活性炭。石油焦是石油炼化的低值副产品，其高碳含量可应用于制备活性炭；三聚氰胺OAT废渣是高压法三聚氰胺生产工艺中产生的副产物，主要成分包括三聚氰胺、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺等，其氮含量高，适合用于掺氮原料。以上述两种低值材料做为原料，可大大的降低活性炭的制备成本。
[0006]鉴于此，本专利技术提出了一种以石油焦、三聚氰胺OAT废渣为原料的常温催化氧化H2S的掺氮石油焦基活性炭催化剂的制备方法，相比于其它原料(化工原料、生物质等)，可大大简化制备工序和制备成本，同时表现出优异的常温催化氧化H2S性能。该法通过选择合适的原材料与适当的制备方法，同时具备低值物料利用、制备成本低和催化性能高的特点，在实际应用中具有很大的应用价值。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于克服现有催化剂制备成本高、硫容低等不足，提供了一种以低值材料石油焦和三聚氰胺OAT废渣为原料的掺氮活性炭制备方法，所制备的活性炭在常温下对H2S催化氧化净化，有着优异的性能。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0009]一种常温催化氧化H2S的掺氮石油焦基活性炭催化剂的制备方法，先制备氢氧化钾活化的石油焦基活性炭，再将其与三聚氰胺OAT废渣高温焙烧，得到掺氮石油焦基活性炭催化剂；本专利技术方法首先利用嵌入碳骨架中氮原子，使材料表面提高Lewis碱性与供电能力，提高电离H2S和吸收O2能力，同时利用活性炭比表面积大的特点孔隙发达的特点，有效储存H2S催化氧化产物，从而提高活性炭催化氧化H2S的反应能力。
[0010]制备方法包括：
[0011](1)将块状石油焦研磨、过筛得到石油焦粉末；
[0012](2)将石油焦粉末和活化剂充分混合、高温活化，降温后洗涤干燥，得到活化活性炭；
[0013](3)将活化活性炭和三聚氰胺OAT废渣研磨混合、高温焙烧，获得掺氮石油焦基活性炭。
[0014]上述方法中，步骤(1)中，所述石油焦为延迟焦；所述石油焦粉末颗粒为100～200目。
[0015]上述方法中，步骤(2)中，所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠中的一种以上，优选为氢氧化钾。
[0016]上述方法中，步骤(2)中，所述活化剂与石油焦粉末质量比为1～3:1，优选为1.5
‑
2:1。
[0017]上述方法中，步骤(2)中，所述高温活化温度为750～800℃；升温速率为5～10℃/min；活化时间为1～2h；活化气氛为氮气；氮气流量为50～100ml/min。
[0018]上述方法中，步骤(2)中，所述洗涤液体为去离子水；所述干燥温度为80～105℃；所述干燥时间为8～24h。
[0019]上述方法中，步骤(3)中，所述三聚氰胺OAT废渣与活化石油焦基活性炭质量比为
0.5～2:1，优选为0.75～1:1。
[0020]上述方法中，步骤(3)中，所述高温焙烧温度为500～900℃；升温速率为5～10℃/min；活化时间为1～2h；活化气氛为氮气；氮气流量为50～100ml/min。
[0021]一种常温催化氧化H2S的氮掺杂石油焦基活性炭材料，所述石油焦基活性炭比表面积为834～1347mg/g；孔容为0.35～0.57cm3/g；空速为17500h
‑1时穿透硫容最高为458mg/g。
[0022]所述的掺氮石油焦基活性炭催化剂在常温催化氧化硫化氢中的应用。
[0023]与现有技术相比，本专利技术有以下优势：
[0024]1.本专利技术所述脱硫活性炭材料的制备方法中，使用石油焦和三聚氰胺OAT废渣作为原料，用低值原料制备高值材料，可大大降低脱硫活性炭材料的制备成本。
[0025]2.本专利技术所述脱硫活性炭材料的制备方法中，通过两步法实现对活性炭材料的活化造孔、掺氮调控。制备方法简单易操作，掺氮构型可控，可应用于大规模制备。
[0026]3.本专利技术所述脱硫活性炭材料的制备方法中，所述碱活化剂用量相对较低，降低了生产成本，减小设备腐蚀和环境污染问题。
[0027]4.本专利技术所述脱硫活性炭材料在室温(25℃)条件下，空速为17500h
‑1时，穿透硫容最高可达458mg/g，具有良好的硫化氢去除能力。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1～5的活性炭材料对H2S穿透曲线图。(活性炭150mg，石英砂300mg，气体流量135ml/min，空速17500h
‑1，H2S浓度1000ppm，湿度～60％)；
[0029]图2为本专利技术实施例1～5的活性炭材料N2吸附解吸曲线图；
[0030]图3为本专利技术实施例1～5的活性炭材料DFT孔径分布图。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步地具体详细描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0032]实施例1
[0033](1)将块状石油焦研磨，筛分得到100
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200目的石油焦粉末。
[0034](2)将石油焦粉末与氢氧化钾按质量比1:2混合，研磨10min得到混合粉末。将混合粉末置于管式炉中，在100ml/min氮气气氛下，以升温速率5℃/min，800℃下活化1h。降温后用去离子水洗涤至中性，过滤，所得固体样品放入烘箱，于105℃下干燥12h，得到活化石油焦基活性炭。
[0035](3)将活化石油焦基活性炭与三聚氰胺OAT废渣按质量比1:0.75混合，研磨10min得到混合粉末。将混合粉末置于管式炉中，在100ml/min氮气气氛下，以升温速率5℃/min，800℃下焙烧2h。冷却后得到产物石油焦基掺氮活性炭，记为NPC
‑2‑
0.75(800)。
[0036]实施例2
[0037](1)将块状石油焦研磨，筛分得到100
‑
200目的石油焦粉末。
[0038](2)将石油焦粉末与氢氧化钾按质量比1:2混合，研磨10min得到混合粉末。将混合粉末置于管式炉中，在100ml/min氮气气氛下，以升温速率5℃/min，800℃下活化1h。降温后
用去离子水洗涤至中性，过滤，所得固体样品放入烘箱，于105℃下干燥12h，得到活化石油焦基活性炭。
[0039](3)将活化石油焦基活性炭与三聚氰胺OAT废渣按质量比1:1混合，研磨10min得到混合粉末。将混合粉末置于管式炉中，在100ml/min氮气气氛下，以升温速率5℃/min，800℃下焙烧2h。冷却后得到产物石油焦基掺氮活性炭，记为NPC
‑2‑
1(800)。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种常温催化氧化H2S的掺氮石油焦基活性炭催化剂的制备方法，其特征在于，先制备氢氧化钾活化的石油焦基活性炭，再将其与三聚氰胺OAT废渣高温焙烧，得到掺氮石油焦基活性炭催化剂；制备方法包括：(1)将块状石油焦研磨、过筛得到石油焦粉末；(2)将石油焦粉末和活化剂充分混合、高温活化，降温后洗涤干燥，得到活化活性炭；(3)将活化活性炭和三聚氰胺OAT废渣研磨混合、高温焙烧，获得掺氮石油焦基活性炭。2.根据权利要求1所述的氮掺杂石油焦基活性炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述石油焦为延迟焦；所述石油焦粉末颗粒为100～200目。3.根据权利要求1所述的氮掺杂石油焦基活性炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠中的一种以上。4.根据权利要求1所述的氮掺杂石油焦基活性炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述活化剂与石油焦粉末质量比为1～3:1。5.根据权利要求1所述的氮掺杂石油焦基活性炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述高温活化温度为750～800℃；升温速率为5～10℃/...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴军良，郑皓鸣，王子琨，刘美茵，罗颖鸿，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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