[发明专利]一种含氮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脱硫剂的制备，具体涉及一种高含氮炭气凝胶脱硫剂的制备方法。

背景技术

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、结构可调等特点。文献(R.W.Pekala，Organic aerogls from the polycondensation of resorcinolwith formaldehyde，Journal of Materials Science，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。中国专利(申请号200610116392.3)提供了一种含氮的炭气凝胶的制备方法，但是由于其需要在超临界条件下进行干燥，工艺上比较繁琐，也限制了大规模生产。

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。因此我们合成有机和无机网络，利用硅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，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(CN1088387C)公开了一种浸渍活性炭吸附H₂S的方法，其穿透硫容可达45％(即1g脱硫剂可以吸收0.45gH₂S)。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65％，远远高于一般的活性炭脱硫剂。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种含N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硅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；常压干燥后再在惰性气体保护下高温炭化就得到炭复合气凝胶。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。

一种含氮炭气凝胶脱硫剂的制备方法，其特征在于，本方法包括如下步骤：

(1)以甲醛、三聚氰胺、硅溶胶按摩尔比为1∶(1～4)∶(1～3)混合成有机前驱体，加水，使每100ml水中含有反应物40～50g，在70℃水浴加热10～40min，制得前驱体溶液；

(2)将步骤(1)中制得的前驱体溶液快速冷却至30～40℃，并调节PH值至1～4.5，再于60～90℃下经溶胶-凝胶反应后，水浴老化2～5天，得到有机-无机复合水凝胶；

(3)将步骤(2)中制得水凝胶，经常压干燥后，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，得到复合气凝胶；

(4)将步骤(3)中制得的复合气凝胶利用HF酸浸泡2～3天，除去其中的硅，然后利用去离子水对其进行洗涤，将pH值调成中性，常压下干燥得到炭气凝胶；

(5)将步骤(4)中制得的炭气凝胶磨碎后筛选粒径为0.3～0.7mm的样品浸渍碱性化合物水溶液，烘干后得到脱硫剂。

所述的硅溶胶为SiO₂颗粒粒径为7nm～12nm的硅溶胶，其中硅溶胶为商品级硅溶胶1#和硅溶胶2#，硅溶胶1号的商品号：420794，硅溶胶2号的商品号：42082-4；