CN102671537B - 一种光催化脱除硫化氢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于脱硫技术领域，具体涉及一种光催化脱除硫化氢的方法，它根据溶胶-凝胶法制备的Fe/Ce离子共掺且掺杂量为n(Fe/Ti)=0.1～0.8%、400～550℃煅烧温度下锐钛矿型的改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2的高效催化特性，将低浓度的硫化氢气体在光催化反应器中15～30w紫外灯下进行吸附光解，控制停留时间、光照强度、光催化剂装填量，吸附降解硫化氢，使硫化氢达标排放，并在改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2表面得到产物单质硫。本发明方法可实现低浓度恶臭气体硫化氢的废气治理资源化，且具有原料价廉、无毒、无二次污染、能耗低等特点。
Description
技术领域
本发明属于脱硫技术领域，涉及一种光催化脱除硫化氢的方法，该方法针对一些造纸厂、焦化厂、化工厂、制药厂、污水处理厂、垃圾填埋等排放的硫化氢废气。
背景技术
硫化氢作为危害严重的恶臭气体已经越来越受到关注，目前各种传统脱除硫化氢技术应用广泛，但是都存在占地面积大、投资和运行费用高、能耗高等一些缺点，而光催化技术具有反应条件温和，催化剂来源广、价廉、无毒、化学性质稳定、能隙较大，无光腐蚀、耐酸碱性，对目标降解物无选择性、无二次污染等优点，而受到各国研究者的广泛关注，但是普遍存在其对光的利用率低，光量子效率低，制约了TiO2光催化的实际应用，近年来，有不少研究者尝试通过离子掺杂、敏化，半导体复合等技术，来提高光催化活性。
光催化处理气态污染物一直在研究应用中，但多以降解室内VOCs为主，包括苯、甲苯、甲醛等，且技术日趋成熟，净化效果好，对于硫化氢的处理多应用于在液相介质中光照分解硫化氢制氢，而对于气固相光解净化的研究及应用鲜有报道。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供一种光催化脱除硫化氢的方法，它具有原料价廉、无毒、无二次污染、能耗低等特点，能制备出比表面积较大、负载均匀、活性较高锐钛矿晶型的负载改性光催化剂，可实现低浓度恶臭气体硫化氢的废气治理资源化。
一种光催化脱除硫化氢的方法，它包括以下步骤:
a.将活性炭纤维（ACF）在超声波中进行活化，105℃下干燥。
b.用溶胶凝胶法制备改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2，离子掺杂量n(Fe/Ti)=0.1～0.8%，将其在高温炉中煅烧，温度控制在450～550℃，煅烧时间3-5小时。
c.将所述步骤b制得的改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2内置在光催化反应器中，开启15～30w紫外灯光，然后通入硫化氢气体，对其进行吸附光解。
d.硫化氢气体初始浓度控制在50～200mg/m3，停留时间1～5s。
所述的一种光催化脱除硫化氢的方法，所述煅烧过程中使用锡纸包裹改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2以隔绝氧气，防止活性碳纤维灰化。
所述的一种光催化脱除硫化氢的方法，所述改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2的结构表征：比表面积大、负载均匀，形成致密薄膜，且锐钛矿晶型、光谱响应范围扩展波长出现红移。
所述的一种光催化脱除硫化氢的方法，所述的光催化反应器为一个或多个串联或并联放置的光催化反应单元，所述的光催化反应单元由在中央放置的15～30w紫外光灯、外套石英管、石英管外部10–50mm处放置的改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2组成，所述改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2以不锈钢网作为支撑载体，所述光催化反应单元的间距及光催化反应单元外壁到光催化反应器内壁之间的距离为18～30mm。
所述的一种光催化脱除硫化氢的方法，脱除硫化氢气体的光催化反应产物单质硫在改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2表面生成。
本发明与现有技术相比，具有以下优点:
本发明针对现有传统的脱除硫化氢技术中存在能耗高、占地面积大的问题，根据光催化技术中原料价廉、无毒、无二次污染、能耗低等特点，制备出比表面积较大、负载均匀，活性较高锐钛矿晶型的负载改性光催化剂，通过控制光催化剂的改性掺杂量、硫化氢气体的初始浓度、气体停留时间、光催化剂的装填量来降低硫化氢出口浓度，单质硫作为产物在光催化表面析出。本方法的发明，对于低浓度的硫化氢废气实现资源化处理，光催化氧化硫化氢技术奠定理论基础，具有良好的环境效益和社会效益。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明：
实施例一
1、将活性炭纤维在超声波中进行活化，105℃下干燥；
2、溶胶凝胶法制备改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2，离子掺杂量为n(Fe/Ti)=0.6～0.7%，用锡纸包裹后在马弗炉中煅烧，温度控制在450～550℃，煅烧时间3小时；
3、将含硫化氢的气体连接到由单个光催化反应单元组成的光催化反应器。该光催化反应单元中央放置15～30w紫外光灯，外套石英管，石英管外部12mm处放置8mm厚的掺杂量为n(Fe/Ti)=0.1～0.5%的改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2材料。开启15～30w紫外灯光源后通气。
4、控制硫化氢气体初始浓度为低于100mg/m3，停留时间3s，脱硫效率达到85%以上，单质硫产量为4500mg/（m3改性负载光催化剂）左右，产率在58%以上。
实施例二
1、将活性炭纤维在超声波中进行活化，105℃下干燥；
2、溶胶凝胶法制备改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2，离子掺杂量为n(Fe/Ti)=0.4～0.5%，用锡纸包裹后在马弗炉中煅烧，温度控制在450～500℃，煅烧时间4小时；
3、将含硫化氢的气体连接到由两个光催化反应单元并联组成的光催化反应器中。每个光催化反应单元中央放置15～30w紫外光灯，外套石英管，石英管外部4mm处放置5mm厚的掺杂量为n(Fe/Ti)=0.4～0.5%的改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2材料，开启15～30w紫外灯光源后通气。
4、控制硫化氢气体初始浓度为100～200mg/m3，停留时间1.5s，脱硫效率达76%以上，单质硫产量为5600mg/（m3改性负载光催化剂）左右，产率为53%以上。
实施例三
1、将活性炭纤维在超声波中进行活化，105℃下干燥；
2、溶胶凝胶法制备改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2，离子掺杂量为n(Fe/Ti)=0.1～0.4%，用锡纸包裹后在马弗炉中煅烧，温度控制在450～500℃煅烧4小时；
3、将含硫化氢的气体连接到由单个光催化反应单元组成的光催化反应器中。光催化反应单元中央放置15～30w紫外光灯，外套石英管，石英管外部4mm处放置6mm厚的掺杂量为n(Fe/Ti)=0.1～0.4%的改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2材料，开启15～30w紫外灯光源后通气。
4、控制硫化氢气体初始浓度为100～200mg/m3，停留时间2s，脱硫效率达79%以上，单质硫产量为5700mg/（m3改性负载光催化剂）左右，产率为54%以上。
Claims (6)
1.一种光催化脱除硫化氢的方法，其特征是它包括以下步骤:
a.将活性炭纤维（ACF）在超声波中进行活化，105℃下干燥；
b.用溶胶凝胶法制备改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2，离子掺杂量n(Fe/Ti)=0.1～0.8%，将其在高温炉中煅烧，温度控制在450～550℃，煅烧时间3-5小时；
c.将所述步骤b制得的改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2内置在光催化反应器中，开启15～30w紫外灯光，然后通入硫化氢气体，对其进行吸附光解；
d.硫化氢气体初始浓度控制在50～200mg/m3，停留时间1～5s。
2.如权利要求1所述的一种光催化脱除硫化氢的方法，其特征是：
所述煅烧过程中使用锡纸包裹改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2以隔绝氧气，防止活性炭纤维灰化。
3.如权利要求1所述的一种光催化脱除硫化氢的方法，其特征是：
所述改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2的结构表征：比表面积大、负载均匀，形成致密薄膜，且锐钛矿晶型、光谱响应范围扩展波长出现红移。
4.如权利要求1所述的一种光催化脱除硫化氢的方法，其特征是：
所述的光催化反应器为一个或多个串联或并联放置的光催化反应单元，所述的光催化反应单元由在中央放置的15～30w紫外光灯、外套石英管、石英管外部10–50mm处放置的改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2组成，所述改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2以不锈钢网作为支撑载体，所述光催化反应单元的间距及光催化反应单元外壁到光催化反应器内壁之间的距离为18～30mm。
5.如权利要求1所述的一种光催化脱除硫化氢的方法，其特征是：
脱除硫化氢气体的光催化反应产物单质硫在改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2表面生成。
6.如权利要求1所述的一种光催化脱除硫化氢的方法，其特征是：所述改性负载光催化剂ACF/Fe/Ce/TiO2装填厚度为2～10mm。
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