MCM-41负载纳米ZnO中高温煤气脱硫剂的制备及其硫化性能研究

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近年来,环境问题尤其是雾霾天气越来越受到人们的广泛关注,煤炭的直接燃烧和间接利用是导致这一问题的原因之一。整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)被认为是一种全世界最具发展前景的煤炭清洁高效利用技术,而其中用于煤气净化的高温煤气脱硫剂更是受到学者的广泛关注,一种好的脱硫剂不仅要有较好的硫化性能和再生性能,还需制备工艺简单、利于工业应用。本论文采用硅酸钠作为硅源、单金属ZnO作为活性组分,通过一种新颖的一步水热合成法在合成介孔分子筛的同时将金属氧化物负载到载体上,得到了MCM-41分子筛负载的纳米ZnO中高温煤气脱硫剂。实验过程中对该脱硫剂的制备工艺进行了考察,得到了最佳的制备条件,并对该脱硫剂的再生条件进行了系统的考察,也得出了最佳的再生条件,随后对该脱硫剂进行了六次硫化再生循环实验,实验过程中通过XRD、BET、SEM、TEM和XPS等表征手段对各个样品进行了分析,得出的结论如下:(1)通过正交实验对脱硫剂在制备过程中的主要影响因素进行了考察,得出该脱硫剂的最佳制备条件为:保持溶液体系pH值为10,在常温下加入Zn源,Zn源的加入状态为Zn(OH)2沉淀物,加入Zn源的延迟时间为4h,用1mol/L的稀硫酸调节体系的pH值。(2)通过硫化性能测试得出活性组分含量为35%的样品35%ZnO/M41其硫化性能最好,硫容达到11.01gS/100g脱硫剂,穿透时间为390min。对该样品的新鲜样进行SEM和TEM分析,发现金属氧化物ZnO以非常规则的片状结构均匀的分散在分子筛表面,且MCM-41分子筛的六角相结构没有遭到破坏。(3)该脱硫剂的最佳再生条件为:再生空速3000 h-1,再生温度为650℃,再生氧气浓度为6%。该条件下脱硫剂的再生率最大,达到95.61%,说明该条件下脱硫剂基本可以再生完全。(4)样品35%ZnO/M41的六次硫化再生实验结果显示,六次硫化过程中该脱硫剂有效利用率均保持在70%以上,说明该脱硫剂的硫化性能还是相对比较稳定的,且六次硫化再生过程中,该脱硫剂机械强度也保持稳定,没有出现粉化和涨裂的现象。(5)通过各种表征手段对脱硫剂35%ZnO/M41六次硫化再生后的样品进行了分析,XRD结果显示,在硫化再生实验过程中,脱硫剂中活性组分逐渐由ZnO向Zn2SiO4转变,SEM图中活性组分的形貌也由最初的片状结构逐渐转变为均匀的小球状结构,使得该脱硫剂的比表面积以及总孔体积都有所降低。
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