一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法技术

本发明专利技术属于固废资源化利用和环境保护领域，具体涉及一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法。该方法包括：将焦化硫膏和含碳固废按一定比例混合后，经过水热碳化后，将固相产物用去离子水和无水乙醇冲洗，过滤烘干后收集，得到硫掺杂碳材料。本发明专利技术方法利用焦化硫膏和含碳固废作为原料，所制备出的碳材料结构稳定、碳含量高，并且焦化硫膏中的硫元素能够成功掺杂到碳材料的结构中。该方法可实现焦化硫膏和含碳固废的高效资源化利用，为低成本高效制备硫掺杂碳材料提供了新途径。为低成本高效制备硫掺杂碳材料提供了新途径。为低成本高效制备硫掺杂碳材料提供了新途径。

【技术实现步骤摘要】
一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法


[0001]本专利技术属于固废资源化利用和环境保护领域，尤其涉及一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法。

技术介绍

[0002]随着国家经济实力的增强，居民生活水准的提高，固废中含碳物质的含量也愈来愈多。含碳固废是指含有大量碳的固体废弃物，为生产、生活中，排放的固液混合废弃物，根据来源可分为农业固废、林业固废、生活垃圾及工业固废等。废塑料作为典型的城市固体废物，2021年全国回收量高达1900万吨。废塑料因为难以降解，在人类的长期使用过程中给自然环境、土壤、海洋等造成了严重的污染，甚至威胁到了人类健康，特别是微塑料粒子造成的污染更是严重，由此带来的高昂处理成本及诸多环境问题，严重阻碍了城市的可持续发展。因此，如何提高废塑料等含碳固废的循环经济价值，实现资源化利用意义重大。
[0003]焦化硫膏是焦化企业湿式氧化法脱除H2S的过程中产生的低品位硫磺，除硫磺外还含有硫氰酸铵等脱硫副产物、脱硫催化剂以及焦油类有机物等杂质，已成为一种难利用、具有严重污染性的工业固体废弃物，其硫含量高达50％。焦化硫膏处理工艺流程复杂、处理成本高，仍以堆存为主。因此，城市固废和焦化硫膏的高效资源化利用已成为社会经济可持续发展的重大战略需求。
[0004]近年来，利用水热碳化工艺将废弃物转化为水热炭引起了广泛关注。水热碳化通常在相对较低的温度(180
‑
300℃)下在自生压力下进行几个小时密闭反应，相比于其他热转化技术，低能耗、极高产率及表面官能团密度相对较高使其具有显著优势，水热炭可作为复合固体燃料或直接用于热利用，也可以通过后续活化制备尺寸均一、形态较好、表面官能团丰富的功能材料。由于焦化硫膏中硫含量较高，可作为硫源辅助废塑料水热碳化制备硫掺杂多孔碳材料。
[0005]综上所述，通过低成本、简单且清洁的方法制备出高性能的硫掺杂碳材料以实现焦化硫膏和含碳固废的高效资源化利用，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0006]基于上述
技术介绍
，本专利技术提供一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法，用以解决目前制备碳材料成本高、焦化硫膏和含碳固废难以资源化利用的难题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术一方面提供了一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：将焦化硫膏与含碳固废按一定比例混合，进行水热反应，过滤得到水热炭；
[0010]步骤2：将水热炭冲洗、干燥，即得所述硫掺杂碳材料。
[0011]进一步地，在所述步骤1中，焦化硫膏的全硫含量高于50％。
[0012]进一步地，在所述步骤1中，含碳固废为废塑料。
[0013]进一步地，在所述步骤1中，焦化硫膏与含碳固废的质量比为1:9～1:1。
[0014]进一步地，在所述步骤1中，水热反应的温度为200
‑
300℃，时间为0.5
‑
2h。
[0015]进一步地，在所述步骤2中，干燥的温度为105℃，时间为12h。
[0016]本专利技术另一方面提供了前述的方法制备得到的硫掺杂碳材料，该硫掺杂碳材料中的硫掺杂碳结构是由焦化硫膏中的硫元素掺杂到含碳固废中而形成。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0018]本专利技术的一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法，(1)主要利用焦化硫膏自身所包含的硫元素，通过水热碳化反应实现含碳固废的硫元素的原位掺杂，避免了外加硫源从而降低了成本；(2)焦化硫膏和含碳固废通过水热反应形成水热炭，实现了焦化硫膏和含碳固废的减量化和资源化；(3)而且，由于焦化硫膏的固定碳含量低，无法为这些可溶性中间体提供适合的凝结位点，造成焦化硫膏中大量的有机物难以转化为水热炭，造成固相产率低、有机物含量少等缺点，含碳固废具有丰富的碳结构，水热稳定性较高，可以为焦化硫膏分解产生的可溶性中间体提供凝结位点，焦化硫膏和含碳固废共水热碳化过程中存在着显著的协同效应可显著提高产率、碳含量和有机物保留率等，这些性质对于碳材料的后续利用十分重要；(4)含碳固废如生活垃圾等含水率高，水热碳化技术特别适合高含水率的物质，无需预干燥即可用水热碳化技术进行处理。最后，本专利技术所述的一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法，以廉价的焦化硫膏和含碳固废为前驱体，采用水热碳化法实现硫原子原位掺杂的方法，制备方法条件绿色，温和，步骤简单，且产品稳定性好，有利于开展大规模的生产和应用。
附图说明
[0019]图1为实施例1所制备的硫掺杂水热炭的SEM照片；
[0020]图2为实施例1所制备的硫掺杂水热炭的FT
‑
IR图；
[0021]图3为实施例1所制备的硫掺杂水热炭XPS测试的S2p谱图；
[0022]图4为实施例2所制备的硫掺杂水热炭的SEM照片；
[0023]图5为实施例2所制备的硫掺杂水热炭的FT
‑
IR图；
[0024]图6为实施例2所制备的硫掺杂水热炭XPS测试的S2p谱图。
具体实施方式
[0025]为了便于理解本专利技术，下面将结合实施例和附图对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0026]下述实施例中焦化硫膏与废塑料的元素分析和工业分析如表1所示：
[0027]表1焦化硫膏与废塑料的元素分析和工业分析
[0028][0029]实施例1
[0030]将焦化硫膏与和废塑料按质量比为3:7加入水热反应釜中，进行水热反应，反应温度为240℃，时间为1h；反应结束后，将反应釜中的碳浆过滤，并且用乙醇和去离子水冲洗至上层液无色，固相产物在105℃的鼓风烘箱中干燥12h后，得到硫掺杂水热炭，记为C3P7
‑
240
‑
60。
[0031]本实施例所制备的硫掺杂水热炭的产率如表2所示：
[0032]表2焦化硫膏辅助废塑料水热碳化的水热炭产率
[0033]水热条件原料比硫掺杂水热炭产率240℃，60minCSP:PVC＝3:763.35％
[0034]本实施例所制备的硫掺杂水热炭的元素分析如表3所示：
[0035]表3焦化硫膏辅助废塑料水热碳化的水热炭元素分析
[0036][0037]根据表3可知，在焦化硫膏：废塑料＝3:7，水热温度240℃，停留时间为1h的反应条件下，所生成的硫掺杂水热炭中碳含量达47.13％，硫元素含量达22.81％，
[0038]本实施例所制备的硫掺杂水热炭的SEM照片参见图1。
[0039]本实施例所制备的硫掺杂水热炭的FT
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IR图和S2p谱图参见图2和图3。根据图2及图3可知，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将焦化硫膏与含碳固废按一定比例混合，进行水热反应，过滤得到水热炭；步骤2：将水热炭冲洗、干燥，即得所述硫掺杂碳材料。2.根据权利要求1所述的一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法，其特征在于，在所述步骤1中，焦化硫膏的全硫含量高于50％。3.根据权利要求1所述的一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方法，其特征在于，在所述步骤1中，含碳固废为废塑料。4.根据权利要求1所述的一种利用焦化硫膏辅助含碳固废制备硫掺杂碳材料的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝凤，王术高，张鹏，郭彦霞，程芳琴，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：