【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种富含缺陷和氮物种的mil-100(fe)催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
1、硫化氢(h2s)是一种剧毒，有恶臭的气体，广泛存在于生产生活中，包括天然气、煤制气、液化石油气、制浆与造纸工业、废水处理、食品加工和污水处理等领域。即使在极低浓度下，如5ppm，h2s也会刺激人体感官；而当浓度超过500ppm时，可迅速导致生命危险。此外，h2s还具有强烈的腐蚀性和毒性，它不仅能腐蚀管道和设备，还可能毒害下游工艺的催化剂。当h2s排放到大气中时，它会氧化生成二氧化硫，导致酸雨和雾霾的形成。因此，对工艺气体进行脱硫净化对于清洁能源利用至关重要。
2、根据脱硫环境和工艺需求，h2s的脱除方法主要包括吸收法、吸附法和氧化法。吸收法通用于处理高浓度的h2s气体，但存在着脱硫效率低、设备投资和运行成本高、能耗大的问题。吸附法可实现h2s的深度脱除，但硫容相对较低，且再生困难，带来固废处理的挑战。氧化法是目前研究比较广泛的一种方法，其不仅脱硫成本较低，还能实现硫资源回收利用，因此在工业应用中具有广阔前景。claus工艺是氧化法的典型且成熟的代表，但受热力学平衡限制的限制，仅能实现60％-70％的h2s转化率，即使经过三级转化反应器的催化转化，转化率也仅能达到97％左右，尾气中仍不可避免地残留3～5％的含量。高温选择性氧化虽能实现h2s的深度去除，但操作温度高于150℃，不仅要引入额外的升温装置，且尾气中会产生二氧化硫，选择性方面也存在挑战，还可能出现单质硫溢出导致管道堵塞的风险。常温催化氧化则在室温条件下将h2s转化
3、目前，h2s常温催化剂主要有活性炭材料和金属氧化物两大类。尽管前者具有丰富的孔隙结构，但是其本身活性较低，通常需要负载碱性组分。而后者虽然本身含有氧化还原的金属活性位点，但由于易聚集且孔隙率较低，通常需要负载到多孔载体上，然而由于负载量的限制，活性仍然较差。金属有机框架材料(mofs)是一种由金属中心或金属团簇与有机配体桥连配位组装的新型多孔材料，其兼具活性炭材料和金属氧化物两者的优势，不仅具有发达的孔隙结构和超大的比表面积，还拥有分散均匀的丰富的活性位点，是一种较为理想的催化剂。其中，fe基mof因其丰富的fe3+路易斯酸性位点可以实现h2s的直接氧化为单质硫，应用于常温催化氧化或具有较大潜力。
4、然而，关于fe基mof的常温h2s催化氧化的研究目前几乎没有。一方面，mofs本身的路易斯酸性位点可能面临着活性低的挑战，这直接限制了h2s的转化和o2的吸附与活化；另一方面，h2s的吸附和解离是其催化转化的重要步骤，但其在mof上的吸附解离也是一个需要解决的难题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种富含缺陷的mil-100(fe)催化剂的制备方法，缺陷的引入减少了fe位点的配位数，提高了其不饱和度，进而提高了其催化活性，还增大了孔体积，更有利于气体的扩散传质和单质硫的存储。
2、本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种富含缺陷和氮物种的mil-100(fe)催化剂的制备方法，在引入缺陷的基础上进一步引入氮物种，氮物种与h2s之间的酸碱相互作用促进了h2s的吸附和解离，从而更有效地实现了常温催化氧化过程。
3、为解决上述第一个技术问题，本专利技术提供了一种富含缺陷的mil-100(fe)催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将去离子水加入到聚四氟乙烯内衬容器中，向其中加入还原铁粉、第一配体和第二配体，室温下用玻璃棒搅拌至混合均匀，所述的第一配体为均苯三甲酸，第二配体为间苯二甲酸；
5、(2)向步骤(1)所得的溶液中加入浓硝酸和氢氟酸，然后将聚四氟乙烯内衬转移到高压反应釜内，放置于鼓风干燥箱内并于140～160℃温度下反应22～26h；
6、(3)反应结束后，自然冷却至室温，取出反应产物并放入烧杯中，在80℃水浴中浸泡6h，每1.5h更换一次去离子水；随后，将去离子水更换为无水乙醇，继续浸泡3h，每1.5h更换一次溶剂；
7、(4)浸泡结束后，将产物置于循环水真空泵抽滤瓶装置上进行抽滤，同时用无水乙醇冲洗两次，抽滤结束后，置于鼓风干燥箱中干燥2h；
8、(5)随后，将干燥的样品置于真空条件下进行250℃的干燥活化，得到x-mil-100(fe)催化剂；
9、所述的第一配体和第二配体合计为总配体，其中还原铁粉、总配体、氢氟酸、浓硝酸、去离子水的物质的量的比值为＝1:0.67:2:0.6:277。
10、根据上述一种富含缺陷的mil-100(fe)催化剂的制备方法所制备的富含缺陷的mil-100(fe)催化剂用作常温下的h2s催化剂，适应于石油和天然气生产、制浆和造纸工业、废水处理、食品加工和污水处理中含h2s气体的高效去除处理。
11、通过这一方法制备的富含缺陷的mil-100(fe)催化剂可作为常温h2s转化催化剂。与传统的常温催化剂相比，该催化剂具备发达的孔隙结构和丰富且均匀的路易斯酸性位点。与纯mil-100(fe)催化剂相比，缺陷的引入减少了fe位点的配位数，提高了其不饱和度，进而提高了其催化活性。此外，缺陷的引入还增大了孔体积，更有利于气体的扩散传质和单质硫的存储。
12、为解决上述第二个技术问题，本专利技术提供了一种富含缺陷和氮物种的mil-100(fe)催化剂的制备方法，包括以下步骤：
13、(1)将去离子水加入到聚四氟乙烯内衬容器中，向其中加入还原铁粉、第一配体和第二配体，室温下用玻璃棒搅拌至混合均匀，所述的第一配体为均苯三甲酸，第二配体为5-氨基间苯二甲酸、吡啶-3,5-二羧酸中的一种；
14、(2)向步骤(1)所得的溶液中加入浓硝酸和氢氟酸，然后将聚四氟乙烯内衬转移到高压反应釜内，放置于鼓风干燥箱内并于140～160℃温度下反应22～26h；
15、(3)反应结束后，自然冷却至室温，取出反应产物并放入烧杯中，在80℃水浴中浸泡6h，每1.5h更换一次去离子水；随后，将去离子水更换为无水乙醇，继续浸泡3h，每1.5h更换一次溶剂；
16、(4)浸泡结束后，将产物置于循环水真空泵抽滤瓶装置上进行抽滤，同时用无水乙醇冲洗两次，抽滤结束后，置于鼓风干燥箱中干燥2h；
17、(5)随后，将干燥的样品置于真空条件下进行250℃的干燥活化，得到x-mil-100(fe)催化剂；
18、所述的第一配体和第二配体合计为总配体，其中还原铁粉、总配体、氢氟酸、浓硝酸、去离子水的物质的量的比值为＝1:0.67:2:0.6:277，总配体中第二配体物质的量占总配体物质的量的15％～20％。
19、根据上述一种富含缺陷和氮物种的mil-100(fe)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富含缺陷的MIL-100(Fe)催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种富含缺陷的MIL-100(Fe)催化剂的制备方法所制备的富含缺陷的MIL-100(Fe)催化剂用作常温下的H2S催化剂，适应于石油和天然气生产、制浆和造纸工业、废水处理、食品加工和污水处理中含H2S气体的高效去除处理。
3.一种富含缺陷和氮物种的MIL-100(Fe)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所述的一种富含缺陷和氮物种的MIL-100(Fe)催化剂的制备方法所制备的富含缺陷和氮物种的MIL-100(Fe)催化剂用作常温下的H2S催化剂，适应于石油和天然气生产、制浆和造纸工业、废水处理、食品加工和污水处理中含H2S气体的高效去除处理。
【技术特征摘要】
1.一种富含缺陷的mil-100(fe)催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种富含缺陷的mil-100(fe)催化剂的制备方法所制备的富含缺陷的mil-100(fe)催化剂用作常温下的h2s催化剂，适应于石油和天然气生产、制浆和造纸工业、废水处理、食品加工和污水处理中含h2s气体的高效去除处理。
3.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：王业双，樊惠玲，杨超，段明贤，寇佳伟，苏哲林，梁丽彤，上官炬，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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