一种H2S净化用改性活性碳纤维的制备方法、改性活性碳纤维及其应用技术

本发明专利技术公开了一种H2S净化用改性活性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)对碳纤维进行氨气活化处理，得到活性碳纤维；(2)对所述活性碳纤维进行氧气

【技术实现步骤摘要】
一种H2S净化用改性活性碳纤维的制备方法、改性活性碳纤维及其应用


[0001]本专利技术属于废气处理领域，尤其涉及一种H2S处理用催化剂的制备方法、制备得到的催化剂及其应用。

技术介绍

[0002]随城市的不断发展，会产生大量的生活污水，在处理生活污水的过程中有大量的恶臭气体排放。H2S作为恶臭气体的主要成分，臭气强度达到了强臭级别，对生活环境和人体健康有极大的危害。
[0003]目前克劳斯工艺是脱除H2S使用最广泛的技术，但是由于热力学限制，其很难合理有效地从气流中去除H2S。随着环境保护所需效率标准的不断提高，出现了原位H2S沉淀、生物过滤、膜分离等新方法。然而，由于它们高成本、低效率和再生困难，这些方法并没有得到很好的应用。因此，迫切需要寻求一种具有环保和低成本的H2S气体处理的解决方案。
[0004]目前室温选择性催化氧化H2S转化为单质硫和硫酸的方法被认为是一种理想的H2S净化策略，其关键的催化剂通常是具有发达的孔结构、大的表面积、高的孔体积和不同表面官能团的碳材料，该种催化剂具备较高的硫容。然而，H2S催化氧化后形成的单质硫会沉积在碳材料的孔隙结构中导致催化剂失活，催化剂的H2S脱除效率受限，催化剂再生时采用高温再生的方法将会导致工序繁琐和成本急剧升高，催化剂的循环利用性也会大打折扣。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种具有高脱除效率以及高循环利用性的H2S净化用改性活性碳纤维的制备方法、改性活性碳纤维及其应用。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0006]一种H2S净化用改性活性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)对碳纤维进行氨气活化处理，得到活性碳纤维；
[0008](2)对所述活性碳纤维进行氧气
‑
低温等离子体改性处理，得到H2S净化用改性活性碳纤维。
[0009]上述制备方法中，优选的，所述氨气活化处理时，控制气体流量为50
‑
300mL/min，活化温度为800
‑
1200℃，活化时间为1
‑
3h，氨气纯度≥99.999％。
[0010]上述制备方法中，优选的，所述氨气活化处理时，控制气体流量为50
‑
200mL/min，活化温度为900
‑
1100℃，活化时间为1
‑
2h，氨气纯度≥99.999％。
[0011]上述制备方法中，优选的，所述氨气活化处理时，控制气体流量为150
‑
200mL/min，活化温度为925
‑
1075℃，活化时间为1.25
‑
1.75h，氨气纯度≥99.999％。
[0012]上述制备方法中，优选的，所述氧气
‑
低温等离子体改性处理时，控制射频功率为50
‑
300W，气体流量为20
‑
50mL/min，处理时间为1
‑
60min，氧气纯度≥99.999％。
[0013]上述制备方法中，优选的，所述氧气
‑
低温等离子体改性处理时，控制射频功率为
100
‑
200W，气体流量为25
‑
40mL/min，处理时间为5
‑
30min，氧气纯度≥99.999％。
[0014]上述制备方法中，优选的，所述氧气
‑
低温等离子体改性处理时，控制射频功率为125
‑
175W，气体流量为30
‑
35mL/min，处理时间为10
‑
20min，氧气纯度≥99.999％。
[0015]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的H2S净化用活性碳纤维的制备方法得到的活性碳纤维。
[0016]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的活性碳纤维的应用，将所述活性碳纤维用于H2S净化时的催化剂。
[0017]上述应用中，优选的，所述催化剂再生时利用常温水洗再生。
[0018]碳材料作为H2S转变催化剂的过程一般如下：首先碳材料吸附水形成水膜，再吸附H2S水解成H
+
和HS
‑
两种离子，HS
‑
被氧化成单质硫(未充分氧化)或硫酸盐(充分氧化)。影响H2S氧化产物的因素主要有以下因素：1、考虑到单质硫和硫酸盐的尺寸差异性，单质硫的尺寸更大，具有较大的微孔(＞0.7nm)的碳纤维用作催化剂时H2S转变的主要产物为单质硫。具有较小的微孔(＜0.7nm)的碳纤维用作催化剂时，由于此时小微孔具有高的表面能，更有利于吸附大量的解离吸附氧，高浓度的解离吸附氧有利于将H2S解离生成的HS
‑
充分氧化生成硫酸盐，有助于H2S转变成硫酸盐。2、考虑到H2S是酸性气体，当碳材料表面含有大量碱性官能团时，将有利于H2S的水解，从而提高材料的硫容，但由于此时HS
‑
的含量较大，氧化不能充分进行，因此其催化氧化产物主要为中间氧化产物
‑
单质硫；当碳材料表面含有一定量的酸性官能团时，将抑制H2S的水解，从而牺牲一部分硫容，由于此时HS
‑
的含量较小，氧化能充分进行，因此其催化氧化产物主要为最终氧化产物
‑
硫酸盐。当催化氧化产物主要为单质硫时，碳材料的循环再生较为困难，一般采用高温热再生，造成资源的浪费以及二次污染，但如果碳材料的催化氧化产物主要为硫酸盐时，则可通过简单的水洗从而便于实现碳材料的循环再生。
[0019]即，具有较小的微孔(＜0.7nm)的碳纤维用作催化剂时有助于H2S转变成硫酸盐，而具有较大的微孔(＞0.7nm)的碳纤维用作催化剂时H2S转变的主要产物为单质硫。另外，当碳纤维表面的化学性质为4.5<pH<7时，会促进H2S催化氧化产物的硫酸盐选择性。本专利技术通过合适碳纤维(良好的微孔结构和弱酸性表面)的构筑制备得到的具有硫酸盐选择性催化氧化的改性碳材料，具有较高的H2S脱除效率，且在具有较高的硫酸盐选择性的同时可以通过简单的水洗再生，避免高温再生的弊端问题。
[0020]因此，碳材料的孔结构和表面化学性质的调控是H2S催化氧化过程中高硫容材料构筑的关键。在碳材料的孔隙结构调控方面：活性碳纤维(ACFs)具有更发达的微孔体积、更集中的表面开孔结构，具有更快的吸附和解吸速率以及更大的吸附容量。在碳材料的表面改性方面：非热等离子体(NTP)改性具有操作方便、耗时短、环保无污染等优点，它可以通过刻蚀吸附剂表面改变材料的理化性质，生成自由基，引入官能团，形成交联结构层。通过上述ACFs的采用，再基于NTP改性改处理，其二者协同作用，碳材料的孔结构和表面化学性质得到了优化，H2S的催化氧化性能好。
[0021]具体的，本专利技术提出了利用氨气活化与在室温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种H2S净化用改性活性碳纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对碳纤维进行氨气活化处理，得到活性碳纤维；(2)对所述活性碳纤维进行氧气
‑
低温等离子体改性处理，得到H2S净化用改性活性碳纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨气活化处理时，控制气体流量为50
‑
300mL/min，活化温度为800
‑
1200℃，活化时间为1
‑
3h，氨气纯度≥99.999％。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氨气活化处理时，控制气体流量为50
‑
200mL/min，活化温度为900
‑
1100℃，活化时间为1
‑
2h，氨气纯度≥99.999％。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氨气活化处理时，控制气体流量为150
‑
200mL/min，活化温度为925
‑
1075℃，活化时间为1.25
‑
1.75h，氨气纯度≥99.999％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧气
‑
低温等离子体改性处...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建校，刘越，温霖洪，邹嘉玲，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：