纳米氧化铜基再生型脱硫剂的制备及结构与效能关系研究

针对目前常温脱硫剂普遍存在的再生性差，硫容较低以及环境中含硫恶臭气体治理技术不完善等问题，本课题拟采用与硫化氢反应最具有热力学优势的氧化铜作为活性组分，进行纳米氧化铜基再生型脱硫剂的制备及结构与效能关系研究。采用不同工艺制备纳米氧化铜，设计正交试验，优化制备方法，并通过添加各种金属氧化物助剂或优化载体,改变纳米脱硫剂的结构并提高其脱硫活性，寻求可同时去除多种硫系恶臭的再生型纳米氧化铜基脱硫剂；拟用多种表征技术，探讨纳米脱硫剂的结构与效能的关系；分析脱硫产物，探讨脱硫机理，研究多周期硫化/再生循环过程中材料结构的变化，寻求纳米脱硫剂失活的原因，并采取相应的改进措施；对纳米氧化铜基脱硫剂进行生命周期评价，确定其使用模式，以期最大限度地降低使用成本和减轻环境污染。本课题的研究可提高常温脱硫剂的使用寿命，扩大干法脱硫技术的应用范围,达到环境效益、经济效益和社会效益的最大化。

针对目前纳米脱硫剂中普遍存在着脱硫活性不理想，再生困难以及活性组分利用率低等问题，本研究制备出高活性的纳米氧化铜基脱硫剂，并对脱硫剂结构与脱硫效能的关系进行了探讨。.本课题优化了液相沉淀法和固相反应法制备纳米氧化铜脱硫剂的最佳工艺条件，对纳米氧化铜结构进行了分析。研究表明，固相反应法制备的9.3nm氧化铜的脱硫性能最好，H2S穿透时间可达270min；不同金属元素的掺杂能提高纳米氧化铜的脱硫活性，尤其是铈与钴元素同时掺杂后，H2S穿透时间达到540min，且对甲硫醇等恶臭气体也有较好的脱除效果；结构分析显示，脱硫剂的晶粒尺寸和比表面积大小与脱硫活性呈现出负相关性，元素掺杂后，纳米氧化铜的晶粒尺寸呈减小趋势，且材料表面Cu3+/Cu2+摩尔比值增大，氧空位增加；当纳米脱硫剂晶粒尺寸接近时，氧空位的增加更有利于脱硫反应的进行。.采用浸渍法和液相沉淀法进行了负载型纳米氧化铜基脱硫剂的制备，液相沉淀法制备的CuO/Al2O3的脱硫活性要好于浸渍法制备的材料，铈掺杂到CuO/Al2O3中会使脱硫活性进一步提高；对CuO/SiO2、CuO/ZrO2和CuO/Al2O3纳米脱硫剂结构和活性的研究发现，载体均能提高CuO的利用率，其中SiO2能抑制CuO晶体的形成，且与活性组分之间相互作用力强，避免氧化铜流失，所以CuO/SiO2的脱硫活性最佳，要好于CuO/ZrO2和CuO/Al2O3脱硫剂，其H2S穿透时间可达500min。.纳米脱硫剂的再生研究表明，液相沉淀法制备的纳米氧化铜可进行再生使用，前三次再生后材料的脱硫活性为新鲜脱硫剂的50%左右，但随着再生次数的增加，脱硫性能呈现明显的下降趋势，元素掺杂没有改善纳米氧化铜的再生性能；再生后纳米脱硫剂晶粒尺寸的增加，硫酸盐的形成是脱硫活性下降的主要原因；Zn/CuO/Al2O3纳米脱硫剂在氧气氛下的再生效果要好于NH3气氛，600℃四次再生的H2S累积穿透时间为370min，与纳米氧化铜的再生性能相近。这些研究为高活性纳米脱硫剂的设计提供了理论依据。