一种稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂及在处理地热水中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂，制备如下：将可溶性锌盐、可溶性铁盐加入到去离子水中搅拌均匀，制成盐溶液A，以氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液的混合溶液为碱溶液B；在搅拌条件下将碱溶液B逐滴加入盐溶液A中，溶液pH值保持在9~11；将混合溶液移入三颈烧瓶进行晶化反应；将晶化溶液与无机改性溶液混合，保持晶化温度继续搅拌；将改性后的晶化溶液移入反应釜中进行水热反应；将洗涤后的产品进行干燥，得到ZnFe

【技术实现步骤摘要】
一种稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂及在处理地热水中的应用


[0001]本专利技术属于H2S原位吸附处理
，具体涉及一种用稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂及其在处理地热水中的应用。

技术介绍

[0002]随着石油化工工业的飞速发展，煤炭、石油等常规能源日益紧缺，促使人们开始了对新能源的开发利用。地热作为一种可再生的绿色清洁能源，具有资源丰富、分布广泛、易于开采及无环境污染等优点，在当今人们日益关注全球气候变化和各种环境污染的形势下备受关注。地热水作为一种重要的地热资源，具有广泛的应用前景，但由于地热水中通常含有硫化氢等有毒成分，直接污染大气和水源，将对生态和自然环境带来不可忽视的影响。此外，在进行深层含H2S地热资源开发时，H2S将腐蚀地热井系统的设备及管道，缩短地热井系统的使用寿命，甚至有可能造成重大事故，经济与社会问题突出。
[0003]脱除H2S的方法很多，吸附法是脱除H2S最有效的方法之一。而目前常用的H2S吸附剂多用于常温环境下，且无需考虑回收再利用等问题。若将其用于脱除地热水中的H2S，则需考虑吸附剂在高温下的使用性能，吸附剂与地热水是否易于分离以及是否可循环利用等问题。因此，研发耐高温、可循环利用、水质污染小的地热水处理用H2S吸附剂，以高效、原位去除深层地热水中的H2S成为当今的一大研究热点。
[0004]层状双氢氧化物(LDHs)是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成的化合物，由两种或多种不同金属氢氧化物制备而成，具有制备方法简单、成本低、可循环利用、吸附性能易调控等优点。然而，一般LDHs主体仅含有金属离子和氢氧根等，缺乏与H2S结合的活性点位，将导致一般的LDHs对H2S不具有吸附特异性、吸附容量小等问题。稀土元素原子半径大，通过掺杂稀土元素可以显著提高LDHs的耐高温性能，并增大吸附剂的层间距和比表面积，从而提高吸附容量。
[0005]本专利技术提出制备一种利用稀土元素改性的LDHs型H2S高温吸附剂，用于处理地热水中存在的H2S，具有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂，通过采用共沉淀法以可溶性锌盐、铁盐制备ZnFe
‑
LDHs型地热水H2S吸附剂，并通过掺杂稀土元素增大LDHs吸附剂的层间距及比表面积，从而提高LDHs的吸附容量，有效解决了现有H2S处理剂普遍存在的高温高压耐受性差的问题。
[0007]本专利技术的另一目的还在于提供所述稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂在处理地热水中的应用，该吸附剂通过掺杂稀土元素增大了层间距及比表面积，提高了吸附容量和耐高温性能，从而能够高效、原位去除深层地热水中富含的H2S，实现地热水的高效利用。
[0008]为达到以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0009]一种稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂，通过以下步骤制备：
[0010]S1、将可溶性锌盐、可溶性铁盐按一定比例加入到去离子水中搅拌均匀，制成盐溶液A，以氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液的混合溶液为碱溶液B；
[0011]S2、在搅拌条件下将碱溶液B逐滴加入盐溶液A中，直至溶液pH值保持在9～11范围内；
[0012]S3、将混合溶液移入三颈烧瓶，并在一定温度、时间条件下继续搅拌进行晶化反应；
[0013]S4、晶化反应完成后，将晶化溶液与无机改性溶液按照一定比例混合，保持晶化温度，继续搅拌一定时间；
[0014]S5、将改性后的晶化溶液移入反应釜中进行水热反应一定时间后，将溶液过滤、反复洗涤至中性；
[0015]S6、将洗涤后的产品进行干燥，得到ZnFe
‑
LDHs型H2S吸附剂。
[0016]所述步骤S1中，可溶性锌盐为氢氧化锌(Zn(OH)2)、碱式碳酸锌(Zn2(OH)2CO3)的一种或几种混合物，可溶性铁盐为氢氧化铁(Fe(OH)3)、碳酸铁(Fe2(CO3)3)的一种或几种混合物，以Zn
2+
和Fe
3+
的摩尔比为1～5：1混和上述可溶性锌盐、可溶性铁盐；所述碱溶液为氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液按照体积比0.5～3：1混合而成，氢氧化钠溶液浓度为0.5～2mol/L，碳酸钠溶液浓度为0.1～3mol/L。
[0017]所述步骤S3中，所述晶化反应的温度为50～100℃，时间为5～9h。
[0018]所述步骤S4中，所述无机改性溶液为含稀土元素铈、镧、钇、锶的氯盐、硝酸盐中的一种或多种混合物，改性溶液浓度为0.1～0.5mol/L，将无机改性溶液与晶化溶液按体积比为0.2～0.4：1混合，搅拌0.5～2小时。
[0019]所述步骤S5中，所述水热反应的温度为90～160℃，时间为12～36h。
[0020]所述步骤S6中，在
‑
60℃下使用真空冷冻干燥机干燥36～72h，获得LDHs型H2S吸附剂粉末。
[0021]一种稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂，将其应用于处理地热水，过程如下：
[0022]首先将吸附剂加入到热交换流体(水、超临界CO2等)中，并注入至地热水或地热储层，随着H2S溶解进入地热流体，吸附剂原位吸附地热水中的H2S，使地热水中的H2S含量降低，以减少H2S对井筒或地面设施的腐蚀。随着对深层地热储层的开采，利用固液分离技术或沉淀法分离地热水与吸附剂。最后，煅烧吸附剂使其恢复吸附能力，过程中产生的硫化物利用氧化剂氧化为硫单质作为硫资源使用。
[0023]ZnFe
‑
LDHs型吸附剂吸附脱除H2S通过以下途径实现：
[0024](1)化学吸附：首先在水溶液中，H2S极易发生电离生成S2‑
，即：H2S
→
HS
‑
+H
+
→
S2‑
+2H
+
，Zn
2+
与S2‑
反应生成溶度积极小的ZnS沉淀，Zn
2+
+S2‑
→
ZnS
↓
。同时溶液中的Fe
3+
也可以直接将S2‑
氧化为硫单质或硫酸根(Fe
3+
+S2‑
→
Fe
2+
+S/SO
42
‑
)，进一步促进HS
‑
的电离和H2S的溶解从而达到脱硫的目的。
[0025](2)物理吸附：LDHs特殊的层间结构，使其具有阴离子交换能力，即将LDHs的层间阴离子与外界无机或有机阴离子进行交换，从而将外界阴离子吸附到LDHs的层间结构，达到吸附的目的。本专利技术利用LDHs的层间吸附能力，将S2‑
吸附到LDHs的层间结构，从而降低溶液中的H2S浓度。
[0026]此外，由于稀土元素的特殊性质，掺杂稀土元素可以显著提高LDHs的层间距和比表面积，增大LDHs的吸附容量，使其达到更好的吸附效果。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂，通过以下步骤制备：S1、将可溶性锌盐、可溶性铁盐按一定比例加入到去离子水中搅拌均匀，制成盐溶液A，以氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液的混合溶液为碱溶液B；S2、在搅拌条件下将碱溶液B逐滴加入盐溶液A中，直至溶液pH值保持在9～11范围内；S3、将混合溶液移入三颈烧瓶，并在一定温度、时间条件下继续搅拌进行晶化反应；S4、晶化反应完成后，将晶化溶液与无机改性溶液按照一定比例混合，保持晶化温度，继续搅拌一定时间；S5、将改性后的晶化溶液移入反应釜中进行水热反应一定时间后，将溶液过滤、反复洗涤至中性；S6、将洗涤后的产品进行干燥，得到ZnFe
‑
LDHs型H2S吸附剂。2.如权利要求1所述的一种稀土元素改性的LDHs型H2S吸附剂，其特征在于，所述步骤S1中，可溶性锌盐为氢氧化锌、碱式碳酸锌的一种或几种混合物，可溶性铁盐为氢氧化铁、碳酸铁的一种或几种混合物，以Zn
2+
和Fe
3+
的摩尔比为1～5：1混和上述可溶性锌盐、可溶性铁盐；所述碱溶液为氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液按照体积比0.5～3：1混合而成，氢氧化钠溶液浓度为0.5～2mol/L，碳酸钠溶液浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅开元，何敏会，程小伟，何鑫，杨鹂，李尚东，刘涛，王英，张春梅，张力为，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：