[發明專利]核殼型微波催化劑的制備方法及其在硫化氫分解中的應用

有效

• 申請號: 202010112405.X
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111203259B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 徐文濤;朱俊;周繼承;陳佳楠
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01D53/86;B01D53/52
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本發明首先提供一種核殼型微波催化劑的制備方法，所述核殼型微波催化劑包括Mo₂C核結構和包覆在外的BN殼結構，即Mo₂C@BN催化劑，所述制備方法包括如下步驟：將所述粉末狀的二氧化鉬與溶劑混勻后，加入硼酸和尿素，反應后蒸發溶劑，得到所述核殼型微波催化劑的前驅體；所述前驅體在800～1200℃和含氮元素氣氛下焙燒后得到所述核殼型微波催化劑。本發明還提供一種核殼型催化劑及其用于微波催化直接分解H₂S的方法。本發明提供的微波催化劑制備成本低，吸波性能好，且能夠在較低的反應溫度下實現硫化氫的高效直接分解。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種核殼型微波催化劑的制備方法及催化劑。

背景技術

H₂S是一種有毒，強腐蝕性的污染氣體，主要來源于石油煉制(如加氫脫硫)、天然氣加工以及煤的氣化等。工業排放的廢氣中所含的H₂S氣體不僅能使設備腐化，而且嚴重污染環境。

工業上，H₂S主要通過克勞斯工藝處理，就是將H₂S氧化為硫磺和水。遺憾的是，該工藝雖然回收了硫磺，但H₂S中的氫被高溫氧化成水造成氫資源嚴重浪費。同時，該工藝處理過程會造成二次污染，并且反應溫度高(＞1300K)。H₂作為重要的化工原料和寶貴的清潔能源，其需求量在不斷增加。隨著經濟的快速發展和環境危機帶來的能源需求的增加，人們對從H₂S中回收H₂和硫磺產生了濃厚的興趣。因此，開發一種可持續且高效的硫化氫直接分解技術，同時從硫化氫有害氣體中提取有價值的H₂和單質S是十分必要的。

與克勞斯工藝不同，H₂S直接分解反應不僅可以處理H₂S廢氣，而且同時獲得H₂和硫磺兩種有價值的商品。而克勞斯工藝只能回收硫磺。然而，H₂S直接分解反應面臨著動力學和熱力學的難題。熱力學上，H₂S直接分解反應受到熱力學平衡限制的，即使在高達1000℃的溫度下，H₂S的轉化率也非常低(在1010℃和1130℃時的轉化率分別只有20％和30％)。

H₂S直接分解反應動力學遲緩，表觀活化能高達495.62kJ/mol。

由于H₂S直接分解反應受到熱力學平衡的限制，一般在低溫條件下，硫化氫幾乎不發生分解。例如，Faraji等人研究高溫熱分解法發現，當T＜1123K時，幾乎沒有硫化氫發生分解反應，當T＝1273K時，硫化氫的分解率僅有20％；Nafi O.Guldal等人在利用催化熱分解法直接分解含量為1vol％H₂S的研究中發現，以La_0.9Sr_0.1Cr_0.25Co_0.75O₃為催化劑，在650℃時的分解率只有4.8％左右，在950℃時的分解率也才達到36.3％，反應需要提供大量的熱量，能耗過大；Tz.Kraia等人以20wt.％Co/CeO₂為催化劑，在反應溫度為700℃時的轉化率只有15％，即使在850℃時也只有35％的轉化率。

因此，在低溫條件下實現硫化氫的高效分解是極大的挑戰。如果能使硫化氫在較低溫度下實現高效分解，將具有重大意義。例如：反應溫度低，操作條件更加溫和，有利于節省能耗等。因此找到一種合適的催化劑與一種直接高效的分解方法是實現H₂S低溫高效直接分解的關鍵。

微波輻照是一種高效、快速加熱的方法。在微波輻照下，不僅可以顯著加快反應速率，還可以改變反應選擇性，與傳統反應模式不同。相比于傳統反應模式，微波直接分解H₂S更具有優勢。因此，要想更好的利用微波輻照的特點，那么開發一種在較低反應溫度下，具有高活性并且能與微波相匹配的催化劑是非常有意義的。

發明內容