【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大气污染控制，尤其涉及一种烟头衍生富氮碳基催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、h2s是一种无色，刺激性“臭鸡蛋”气味的气体，具有极强的毒性和腐蚀性、易燃和爆炸性。环境中的h2s主要源自火山、石油井和天然气井、煤炭和生物质气化等。环境中存在的h2s不仅会腐蚀管道和设备，也会对人类和动物健康造成危害。人体感知h2s的气味阀值在0.003-0.02ppm，在我国工作场所的最大允许浓度为6.7ppm，若是暴露在高浓度h2s的环境中甚至会致人死亡。而且大气中存在的h2s还会被氧化成so2，引发酸雨和雾霾污染。
2、近年来，处理h2s的液相吸收、固相吸附、膜分离、低温蒸馏和催化氧化等技术得到了很好的发展。其中选择性催化氧化法通过将氧分子(o2)活化为活性氧随即与h2s发生氧化反应生成单质硫，是一种去除效率高、反应条件温和的绿色净化技术，被认为是处理低浓度h2s(≤5vol％)气体的一种很有前景的处理方法。但是受限于部分催化剂制备成本、催化剂性能以及操作流程等诸多因素，目前所报告的催化剂仍然难以满足实际应用需求。除此之外，催化剂的再生或者再利用也是一个难题。以烟头形式丢弃的香烟过滤嘴主要含有不可生物降解的醋酸纤维素，全球每年吸烟量达到5.8万亿支香烟，约产生48万公吨烟头，该废物的存在不仅造成了环境污染，而且烟头中还包含有毒重金属等污染物，这些污染物会渗入水道，可能对人类和野生动物造成伤害。如能以香烟过滤嘴为原料制备出能深度净化含h2s尾气的高性能催化剂，将同时解决以上两个问题。
技
1、针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种烟头衍生富氮碳基催化剂及其制备方法和应用。该催化剂具有优异的催化活性、催化氧化选择性和稳定性，可以用于各种系统中h2s的高效净化和硫资源的回收。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、技术方案一：一种烟头衍生富氮碳基催化剂，以碳源、氮源和扩孔剂为原料，经过水热反应和高温碳化制备得到烟头衍生富氮碳基催化剂；
4、所述碳源、氮源和扩孔剂的质量比为(1-2)∶(1-5)∶(1-4)；
5、所述水热反应的参数为：温度150-200℃，时间2-8h；
6、所述高温碳化的参数为：温度400-800℃，时间1-4h。
7、进一步地，所述碳源为废弃香烟滤嘴；所述氮源为高含氮量有机物，可选择尿素、三聚氰胺或三聚氰胺氰尿酸盐，优选为尿素；所述扩孔剂为氢氧化钾。
8、技术方案二：一种所述的烟头衍生富氮碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
9、1)将随机收集的废弃香烟滤嘴外包装去除，对未处理的香烟滤芯进行撕剪处理，获得蓬松的黄褐色物质，将得到的物质置于烧杯中，加入0.1mol的稀硝酸溶液(500ml)浸泡24h，并使用大量的去离子水洗涤浸泡后的香烟滤芯，以去除香烟滤芯中含有的部分金属离子；
10、2)将处理好的香烟滤芯与扩孔剂加入到去离子水中，超声处理30min使其混合均匀，混匀后的样品进行水热反应，水热处理结束后，将固体产物取出置于烧杯并在烘箱中100℃下干燥；
11、3)将干燥物与氮源混合装入石英方舟，在通有n2的管式炉中以10℃/min的加热速率加热至400-800℃并保持碳化1-4h，随后以10℃/min的降温速率降至室温得到烟头衍生富氮碳基前驱体；
12、4)使用去离子水洗涤烟头衍生富氮碳基前驱体至滤液达到中性，随后在烘箱中100℃干燥，将所得黑色固体颗粒经过破碎和筛分，收集40-60目的颗粒，最终制得用于h2s净化的烟头衍生富氮碳基催化剂。
13、进一步地，所述香烟滤芯与扩孔剂的质量比为(1-2)∶(1-4)，优选为1∶(2-3)；所述干燥物与氮源的质量比为(1-2)∶(1-5)，优选为2∶(2-3)。
14、进一步地，所述水热反应的温度为150-200℃，优选为170-190℃；水热反应时间为2-8h，优选为5-7h。
15、进一步地，所述高温碳化的温度为400-800℃，优选为500-600℃；碳化时间为1-4h，优选为2-3h。
16、技术方案三：一种所述的烟头衍生富氮碳基催化剂在净化h2s气体中的应用。
17、进一步地，在净化过程中，体系温度为180℃。
18、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
19、(1)本专利技术提供了一种用于深度净化含h2s尾气高性能烟头衍生富氮碳基催化剂的制备方法，其特点是制备成本低，时间短，工艺简单。得益于其特殊的形貌结构和丰富的碱性位点，使得催化剂具有优秀的h2s选择性催化氧化性能。
20、(2)该催化剂原料丰富、来源广泛、成本低廉，具有很好的应用前景；且制成的催化剂在180℃条件下对h2s的脱除效率高、单质硫的选择性好、突破时间长、突破硫容大。
21、(3)本专利技术提供了一种简易可行、快速高效的h2s和废弃香烟滤嘴资源化技术，能够在温和条件下生成所需要的催化剂。与传统的h2s选择性催化氧化的催化剂相比，本方法可以显著降低催化剂的制备条件和制备流程，实现单质硫的回收、有毒有害气体h2s和废弃香烟滤嘴的资源化。
22、(4)本专利技术提供的h2s高效净化及资源化技术适用范围广，在催化剂净化脱除工厂尾气中h2s的同时也实现了h2s的资源化转化为单质硫，因此具有环保和经济的双重意义。
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1.一种烟头衍生富氮碳基催化剂，其特征在于，以碳源、氮源和扩孔剂为原料，经过水热反应和高温碳化制备得到烟头衍生富氮碳基催化剂；
2.根据权利要求1所述的烟头衍生富氮碳基催化剂，其特征在于，所述碳源为废弃香烟滤嘴；所述氮源为尿素、三聚氰胺或三聚氰胺氰尿酸盐；所述扩孔剂为氢氧化钾。
3.一种如权利要求1或2所述的烟头衍生富氮碳基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述预处理是指：将碳源放入酸性溶液中浸泡。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，高温碳化过程中，所述保护气为氮气，升温速率为10℃/min；碳化后以10℃/min的降温速率降温至室温。
6.一种如权利要求1或2所述的烟头衍生富氮碳基催化剂在净化H2S气体中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，在净化过程中，体系温度为180℃。
【技术特征摘要】
1.一种烟头衍生富氮碳基催化剂，其特征在于，以碳源、氮源和扩孔剂为原料，经过水热反应和高温碳化制备得到烟头衍生富氮碳基催化剂；
2.根据权利要求1所述的烟头衍生富氮碳基催化剂，其特征在于，所述碳源为废弃香烟滤嘴；所述氮源为尿素、三聚氰胺或三聚氰胺氰尿酸盐；所述扩孔剂为氢氧化钾。
3.一种如权利要求1或2所述的烟头衍生富氮碳基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯嘉予，贾丽娟，杨金涛，王访，宁平，王飞，李凯，宋晓双，
申请(专利权)人：云南民族大学，
类型：发明
国别省市：
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