生物炭载体催化剂同时脱除黄磷尾气中H2S、COS和CS2研究

H2S, COS and CS2 of yellow phosphorus tail gas are harmful gases which can affect the C1 (one carbon) chemical industry. If yellow phosphorus tail gas can be used as raw material gas to synthesize chemically product, removal of H2S, COS and CS2 are need. Simultaneous removal of H2S, COS and CS2 under the condition of strong reducing atmosphere has not reported due to the complexity and particularity of yellow phosphorus tail gas. According to the characteristics of yellow phosphorus tail gas, the H2S, COS and CS2 can be simultaneous removed with biochar carrier catalysts. The effect of physicochemical characteristics and structure of carrier on activities of catalysts are studied systematically. The distribution of active components is also discussed according to the new reaction system and reaction conditions. Based on these studies, the new biochar carrier catalysts are developed, the key scientific issues for simultaneous removal of H2S, COS and CS2 at yellow phosphorus tail gas atmosphere can be solved, and CO is not adsorbed as well. Meanwhile the mechanism of simultaneous removal of H2S, COS and CS2 with biochar carrier catalysts is also investigated. The project is in line with the national, industry and local needs of waste gas purification control technology currently. The formation of systems theory is beneficial to expand and deepen the connotation of new desulfurization materials, which provide a theoretical and technical approach for studying application of simultaneous removal of H2S, COS and CS2 and utilization of yellow phosphorus tail gas.

黄磷尾气中的含硫气体（H2S、COS和CS2）是影响碳一化工的有害物质，实现黄磷尾气资源化必须脱除其中的H2S、COS和CS2。由于黄磷尾气组分的复杂性和特殊性，对于黄磷尾气这种强还原气氛下三种含硫气体同时脱除的研究未见报道。本项目根据黄磷尾气的特征，采用生物炭载体催化剂同时脱除其中的H2S、COS和CS2，系统研究生物炭载体表面的物理化学特性、载体结构等对催化剂性能的影响；针对新的反应体系和反应条件，深入研究活性物质分布对脱硫性能的影响规律；开发新型生物炭载体催化剂，解决在不吸附活化黄磷尾气中CO的条件下，同时去除H2S、COS和CS2杂质的关键科学问题；并提出生物炭载体催化剂同时脱除H2S、COS和CS2的反应机理。项目符合当前国家、行业、地方废气净化控制技术的需求，有利于拓展和深化新型脱硫材料的研究内涵，为黄磷尾气中含硫气体的同时净化及黄磷尾气的资源化利用提供理论依据和技术方法。

黄磷产业是云南省的支柱产业之一，在黄磷的生产过程中，会有大量的黄磷尾气产生，而黄磷尾气中所含的大量CO气体（85%-95%），是一炭化工重要原料气。为了资源化利用黄磷尾气必须脱除其中的H2S、COS、CS2。以廉价的烟杆、核桃壳等为原料制备生物炭载体，制备用于脱硫催化剂，使生物质废料处置问题得以解决，同时得以重新利用。. 本课题使用来自云南省曲靖市农户所种植烟草的烟杆以及核桃壳废料制备生物炭载体，采用化学和物理活化方法，考察了生物炭制备过程中，炭化温度、活化剂、活化剂含量、活化温度对生物炭载体脱硫性能的影响；并对生物炭载体进行改性，考察了一金属种类及含量、二金属种类及含量、焙烧温度和KOH含量对生物炭载体催化剂脱硫性能的影响；与此同时，本文系统的考察了反应工艺条件的影响规律，并建立了动力学模型。在此基础上，通过原位表征和量子化学理论计算，提出生物炭载体催化剂同时脱除H2S、COS和CS2的反应机理。. 以烟杆基生物炭载体催化剂的研究为例，实验结果如下：. （1）载体制备条件的筛选和优化：实验发现700℃ 的炭化温度有利于含硫气体的同时脱除。使用40ml/(min·g)的CO2作为活化剂，并在800℃下进行活化可以制备出具有最佳脱硫效果的生物炭载体。. （2）烟杆基生物炭载体催化剂的制备及条件优化：实验研究发现负载10%的CuO、n(Cu):n(Fe)=10:1，且浸渍5%的KOH溶液的催化剂在400℃焙烧3h后制得的催化剂，有着最佳的脱硫效果。. （3）工艺条件的优化：反应温度为60℃，空速10000h-1，0.5%的O2，相对湿度为49%，有着最佳的同时脱除H2S、COS、CS2的效果。. （4）反应机理的提出：H2O首先在催化剂表面被吸附，然后分解为-H和-OH官能团； CS2与催化剂表面的-H和-OH官能团发生水解反应转换为COS；COS在-H和-OH官能团的作用下进一步被水解成H2S和CO2。H2S在催化剂表面会和含氧官能团、自由氧分子发生氧化反应。