[發明專利]二氧化鈰負載鎂鋁水滑石材料在H2

在審

• 申請號: 202010141687.6
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN113351196A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 孫宇;張鑫;張鳳蓮;郝鄭平
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J27/25;B01D53/86;B01D53/52;C01B17/04
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本發明屬于硫磺回收技術領域，具體涉及一種二氧化鈰負載鎂鋁水滑石復合氧化物催化材料在H₂S選擇氧化過程中的應用。主要用于化工行業酸性氣中的H₂S選擇氧化回收單質硫。所負載的二氧化鈰具有八面體狀、棒狀、立方體狀和塊狀的不同形貌，為硝酸鈰與不同反應物發生化學反應制得，并通過固相法將其負載到鎂鋁水滑石上。該催化劑使用的材料廉價易得，制備過程簡單，易實現工業化，在硫化氫選擇氧化反應中表現出較高的選擇性和轉化率，具有較為廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及二氧化鈰負載鎂鋁水滑石復合氧化物催化材料在H₂S選擇氧化回收單質硫中的應用，屬于硫磺回收技術領域。

背景技術

硫化氫是化工行業常見的工業廢氣之一，是一種具有毒性和腐蝕性的氣體，不論從環境、公共衛生還是經濟的角度考慮，硫化氫的減排以及硫資源的回收都至關重要。現在，H₂S的消除和硫磺資源的回收最廣泛使用的技術就是Claus工藝。然而，由于熱力學的限制，在Claus尾氣中仍有3％～5％的硫化氫無法消除。隨著我們國家環境保護要求的日益嚴苛，Claus尾氣的后續處理越來越重要。

在Claus尾氣處理的技術中，硫化氫選擇氧化具有投資成本低，不受熱力學平衡限制等優點。硫化氫選擇氧化的反應過程為：

H₂S+1/2O₂→1/nS_n+H₂O

但在反應過程中總是不可避免的有副反應的發生，如產物單質硫的氧化，或者硫化氫過度氧化生成二氧化硫，從而降低反應的轉化率和選擇性。因此，通過對催化劑的調控，制備并篩選具有高轉化率和選擇性的催化劑至關重要。

水滑石材料是一種層狀的陰離子粘土材料，具有高比表面積和酸堿雙功能性的特點，是一種理想的催化劑載體，能夠促進活性組分的分散，同時其本身也具有催化性能，與其他組分混合后可以在反應中表現出酸堿協同效應和氧化還原協同效應等。二氧化鈰是一種具有優異氧化還原性能和高儲氧量的催化材料，被廣泛應用于污染物的控制。同時，二氧化鈰在硫化氫選擇氧化反應中也具有良好的催化效果。因此，將二氧化鈰通過固相研磨法負載到鎂鋁水滑石上，使兩組分發生協同作用，可得到具有良好的選擇性和硫收率的催化劑。

發明內容

本發明的目的是將二氧化鈰負載鎂鋁水滑石復合氧化物材料(CeO₂/Mg₂Al-NO₃-LDO)應用于化工行業H₂S選擇氧化回收單質硫過程，提供一種具有高活性、高硫回收率的催化材料。

本發明所述的H₂S選擇氧化催化劑，由鎂鋁水滑石載體和二氧化鈰通過無溶劑固相研磨法制成。

其中，鎂鋁水滑石載體由硝酸鎂和硝酸鋁通過一步法合成；二氧化鈰為硝酸鈰與不同反應物通過化學反應制得。

進一步的，所述二氧化鈰的形貌為八面體狀(CeO₂-O)、棒狀(CeO₂-R)、立方體狀(CeO₂-C)及塊狀(CeO₂-B)，占載體質量的1％-20％。

本發明所述的硫化氫選擇氧化反應條件：H₂S的濃度為20～50000ppm；空速為1000～30000h^-1；反應溫度160～260℃；O₂濃度為H₂S濃度的1/2，氮氣作為平衡氣。

本發明具有以下有益效果：

1)二氧化鈰負載鎂鋁水滑石催化材料具有雙活性組分協同作用，在較寬的溫度范圍下(160℃～260℃)均可保持較高的選擇性和轉化率。