改性分子筛吸附净化富含高浓度CO工业尾气中的H2S与PH3

摘要

磷化工和煤化工是我国重要的化工行业，也是重污染行业。rn 其排放的黄磷尾气和密闭电石炉尾气富含高浓度CO，而得不到较好利用最重要的因素是尾气中含有较多的杂质且由以H2S和PH3较难去除，其存在不仅限制了碳一化工领域CO的羰基化合成，还对周围环境和人类身体健康产生重要影响。由于H2S和PH3气体具有高毒性，通过固体催化剂或吸附剂对其进行吸附净化是有效的手段之一。rn 前期研究表明酸、碱和过度金属盐类浸渍改性活性炭能同时有效的净化脱除H2S和PH3，但其同时净化两种气体时存在一定的选择性，对H2S的吸附性能与PH3相比时相对较弱，且吸附剂再生后性能一般。本实验采用浸渍法改性13X分子筛制备吸附剂同时吸附净化H2S和PH3，并通过钢瓶配气模拟和一系列表征手段研究吸附剂的吸附性能及净化机理，为有效解决富含高浓度CO工业尾气的预处理和深度净化提供理论支持。rn 研究表明:以13X分子筛为载体，通过对Co、Mg、Cu、Fe、Al等几种硫酸盐的筛选表明CuSO4改性后的改性吸附剂对浓度均为1000mg/m3的H2S和PH3气体有较优的净化脱除作用，吸附剂制备时的最佳活化焙烧温度为300℃。扫描电镜、N2物理吸附分析表明CuSO4的加入对沸石分子筛的晶化反应具有明显的抑制作用，分子筛的孔道尺寸范围由微孔、介孔转变为以微孔为主的孔结构形式，增加了其对H2S和PH3吸附容量。饱和吸附H2S和PH3后，分子筛八面体晶粒表面形貌与吸附前相比有更多的聚晶，且晶粒大小不均，由于气体分子的微孔填充导致分子筛孔容和比表面积急剧降低，孔径只集中在极少量的介孔范围内。尝试用PH3代替NH3吸附的红外光谱法表征CuSO4改性分子筛表面的酸性，结果表明3789cm-1或1661cm-1可能是PH3吸附在L酸中心的IR特征峰，3660cm-1是PH3吸附在B酸中心的IR特征峰;在有微量氧的参与下，H2S和PH3气体的饱和吸附使其不再以原形态或离子态吸附在改性分子筛载体上，从而再次发生化学氧化反应并以未知的化学形态嵌入或掺杂到沸石骨架中，改变了其结构，并且可能在Si-O-Si、Si-O-Al、[SiO4]所组成的沸石骨架结构中与起到酸催化活性的CuSO4发生化学反应，从而得以净化脱除。最后通过再生实验研究发现5次再生后的改性分子筛对H2S气体仍然具有良好的吸附净化作用，吸附净化效率仍可保持在67％以上，再生性能良好，且再生方法流程简单，操作简易;再生后吸附剂对PH3的净化效率与H2S相比有所降低，其原因可能是起到关键净化PH3的活性铜盐被转化成不溶而稳定的含铜磷化物或催化酸中心的损失而导致改性分子筛的失活。