[发明专利]一种炭气凝胶脱硫剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种H₂S脱硫剂，具体涉及一种炭气凝胶脱硫剂的制备方法。

技术背景

H₂S是一种有毒有害气体，主要产生于各种工业生产过程中，如燃气制造、合成氨工业、煤气造气。污水处理和石化工业等。随着工业的发展，净化脱硫愈显得重要。该过程直接影响到催化剂中毒造成生产效率锐减、产品的质量及环境的恶化。如以煤、石油和天然气为主要原料生产氨、甲醇、甲烷化煤气等产品时，原料气中硫化物(主要是H₂S、COS、CS₂等)是催化剂中毒失活的主要原因；此外，含H₂S的燃料气燃烧后生成的·SO₂是形成酸雨的气体之一。因此，有效地从原料气，燃料气中脱除H₂S在化学工业中占有很重要的地位，硫化氢的脱除是当今面临的急需解决的问题。

炭气凝胶是一种结构可控的纳米多孔非晶碳素材料，具有丰富的孔洞、连续的网络结构、较高的比表面积和良好的导电性能、密度变化范围广、结构可调其大比表面积和高电导率使其成为超级电容器和可充电电池理想的电极材料；其低的导热率可以用作制备隔热材料。文献(R.W.Pekala，Organic aerogls from thepolycondensation of resorcinol with formaldehyde，Journal of MaterialsScience，24(1989)3221-3227)和美国专利US4,873,218、US4997,804公开了一种用间苯二酚和甲醛为原料制备低密度有机气凝胶的方法，由于间苯二酚价格的原因限制了其工业化大生产。

在合成的过程中，存在这样的问题：由于毛细管张力的存在，导致凝胶网络在干燥和炭化过程时产生结构坍塌，破坏了气凝胶的孔径结构和分布，由于收缩导致比表面积和孔容的降低。因此我们采用“伴生合成”同时合成有机和无机网络，利用无机模板剂形成骨架结构起支撑作用，防止由于毛细管张力造成的网络塌陷，并且在之后的超临界和高温炭化的过程中也可以阻止体积收缩，从而可以得到结构完整、孔径分布窄并且高比表面积和高孔容的炭气凝胶。

目前，研究和开发的H₂S脱除方法种类繁多，如湿法脱硫和干法脱硫等，中国专利(ZL9410271.1)公开了一种柱状活性炭脱除H₂S的方法，但效率不高；中国专利(申请号：200610056702.7)公开了一种浸渍活性炭吸附H₂S的方法。但是尚未发现有利用炭气凝胶作为脱硫剂去除H₂S的。本炭气凝胶与活性炭相比，穿透硫容有了很大的提高，在优化处理后，其穿透硫容可以达到120％(即1g脱硫剂可以吸收1.2gH₂S)，远远高于一般的活性炭。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种炭气凝胶脱硫剂。

本发明的目的是这样实现的，先将聚合物前驱体和无机模板剂前驱体按一定比例混合成溶液，水浴下发生溶胶-凝胶反应，老化得到有机-无机复合水凝胶；溶剂置换、超临界干燥后再在惰性气体保护下高温炭化就得到炭硅复合气凝胶。用HF酸将其中的无机模板剂洗去，利用去离子水将PH值调成中性，干燥后既得炭气凝胶。将炭气凝胶通过浸渍一种钠或钾的碱性化合物，烘干后得到脱硫剂。

一种炭气凝胶脱硫剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)以纳米级硅溶胶为无机模板剂，将苯酚、甲醛、三聚氰胺按摩尔比为1：(2～4)：(0.2～2)在碱性催化剂的作用下，混合成有机前驱体，其中纳米级硅溶胶与苯酚的摩尔比为(2～5)：1；加水，使每100ml水中有机前驱体的固含量为40～50g，在60～90℃下经溶胶-凝胶反应，再水浴2～5天，得到复合水凝胶；

(2)将步骤(1)制得的复合水凝胶经有机溶剂置换后，放入超临界斧中进行超临界干燥，从而制得干燥的有机气凝胶；其中，有机溶剂为无水的甲醇、乙醇、正丙醇中的一种；

(3)将步骤(2)中制得的干燥的有机气凝胶置于炭化炉中，在700～900℃于惰性气体的保护下高温炭化裂解5～7小时，制得的复合气凝胶；

(4)将步骤(3)中制得的复合气凝胶用HF酸浸泡2～3天，除去其中的硅，然后用去离子水对其进行洗涤，至PH值成中性，常压下干燥，得到炭气凝胶；

(5)将步骤(4)中制得的炭气凝胶通过浸渍一种钠或钾的碱性化合物溶液，烘干后得到所需的炭气凝胶脱硫剂；