CN104190242A - 一种硫化氢净化材料及其制备方法 - Google Patents

一种硫化氢净化材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种硫化氢净化材料及其制备方法，该材料去除硫化氢效率高，并可再生重复利用，在反应中材料本身会发生颜色变化，可直观上判断材料的使用效果及饱和度；其制备方法是先制备纳米级的硫化氢净化组分，然后加入一些助剂混合、成型，经烘干煅烧后可得形状稳定的颗粒状物质，操作简单，可工业化生产。

Description

一种硫化氢净化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保材料制备领域，具体是一种硫化氢净化材料及其制备方法，涉及一种高效、耐高温、可再生且可变色的指示型硫化氢净化材料的制备方法，适合工业尾气、制造行业、污水处理等工业生产中产生的硫化氢气体的去除。
背景技术
硫化氢是大气的主要污染物之一，是一种高刺激性剧毒气体。硫化氢气体广泛产生于石油开采、煤矿工业、造纸皮革、食品加工等行业以及下水道、净化污物、粪便等作业，硫化氢是一种具有“臭鸡蛋”气味的急性剧毒物质，吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命。当空气中硫化氢含量为0.04mg/m3时，人体能感觉到臭味；含量为15mg/m3时能刺激人的眼睛；而当硫化氢浓度大于150mg/m3时，很快就能引起嗅觉疲劳而不觉其味，死亡可在无警觉的情况下发生，严重影响着人们的生命安全。
据卫生部《职业危害通报》统计资料显示，近年来发生的化学品中毒事件中，硫化氢中毒居第三位，中毒死亡率居首位。工业生产中产生及泄露的硫化氢气体的净化问题越来越受到人们的关注。同时国家也制定了相应的法律法规对硫化氢排放量作了严格的限制。按照《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)要求，硫化氢等气体排放浓度应小于0.6mg/m3。而《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》(GBZ_2[1].1-2007)中规定，工作场所中硫化氢的最高允许浓度为10mg/m3。
近年来国内外研究工作者对硫化氢气体的脱除问题进行了大量研究。目前脱除硫化氢方法一般可分为干法和湿法两种。其中干法包括氧化铁、氧化锌、克劳斯法及活性炭法等。湿法包括碳酸钠吸收、醇胺吸收法等。干法脱硫因其工艺简单、操作方便、能耗低而被广泛应用。其中，活性炭是一种常用的固体脱硫剂，常温下可以加速硫化氢与氧气氧化为硫单质而存储在活性炭的微孔内，容易导致微孔堵塞，从而导致活性炭吸附饱和，脱硫效果较差，多用于精工业及硫化氢含量较小的场合。氧化锌是一种传统的脱硫剂，它能与硫化氢反应生成难于解离而十分稳定的硫化锌，常用于精脱硫过程，净化对象一般为硫化氢浓度较低的气体。但氧化锌脱硫剂不能通过氧化再生，且价格较贵，饱和后的脱硫剂一般要废弃，不仅会造成环境问题,还会增加脱硫成本。氧化铁法是一种可通氧气再生的脱硫方法，适用于处理燃煤、石油化工等工业。目前工业用脱除硫化氢材料中，氧化铁系脱硫剂以其适用温度低、硫容较高等优点占着一定的优势。但单一氧化铁对硫的脱除效果较差，多用于粗脱硫，欲达到高精脱硫效果需与其他金属氧化物复合。如刘世斌等研究的以铁氧化物为主要成分，配加氧化铁、氧化钛等过渡金属氧化物，制成的复合金属氧化物脱硫剂。该种脱硫剂具有活性高、硫容大且可再生等特点。国外Sere等开发了复合型铁、锌、硅、钛等氧化物的脱硫剂，脱硫剂在高温下表现出较高的硫容，但在常温下的应用受到限制。
综上所述，随着对环境质量及作业人身安全的要求越来越严格，对硫化氢脱除方法要求越来越高，发明出一种经济效益好、安全环保且脱除硫化氢效果高的脱除剂势在必行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种硫化氢净化材料及其制备方法。该材料去除硫化氢效率高，并可再生重复利用，在反应中材料本身会发生颜色的变化，可直观上判断材料的使用效果及饱和度；其制备方法是先制备纳米级的硫化氢净化组分，然后加入一些助剂使其分散成型，经烘干煅烧后可得形状稳定的颗粒状物质，操作简单，可工业化生产。
本发明解决所述硫化氢净化材料制备方法的技术方案是，设计一种硫化氢净化材料制备方法，其工艺步骤如下；
1)制备硫化氢净化组分
(1)配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为30～90g/L、8～75g/L、50～200g/L；先将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，制得A悬浮液，静置备用；
(2)将三氯化铁粉末、氢氧化钠固体分别配制成溶液，三氯化铁溶液与氢氧化钠溶液的浓度分别为15～80g/L、10～95g/L；按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用；
(3)将步骤(1)和(2)所制得的A、B悬浮液混合按重量比0.1-1:1均匀，过滤即得硫化氢净化组分；
2)制备指示型硫化氢净化材料
将1)步所得硫化氢净化组分与配料润滑剂、造孔剂及粘结剂按重量比例为1：(0.05～0.5)：(0.01～0.08)：(0.2～2.5)加水混合均匀后，按常规方法加工成型，烘干后焙烧，即得所述硫化氢净化材料。
所述的高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰的浓度优选范围分别为30～45g/L、20～30g/L、100～120g/L。
所述的三氯化铁溶液与氢氧化钠溶液的浓度优选范围分别为25～40g/L、20～40g/L。
所述硫化氢净化组分、润滑剂、造孔剂及粘结剂的重量比例优选范围为1：(0.1～0.3)：(0.02～0.04)：(0.5～2.0)。
所述的润滑剂为甘油、田菁粉、PTFE乳液中的至少一种。
所述粘结剂为高岭土、膨润土、凹凸棒土、活性氧化铝中的至少一种。
所述造孔剂为选自聚乙烯醇、聚乙二醇及可溶性淀粉中的至少一种。
所述烘干温度为50～150℃温度，焙烧温度为300℃～600℃。
本发明解决所述硫化氢净化材料的技术方案是，设计一种硫化氢净化材料，其特征在于该净化材料由上述制备方法制得；该净化材料为颗粒状，其比表面积为90～120m2/g，堆积密度为0.35～0.70g/ml。
所述硫化氢净化材料，其特征在于该材料在净化过程中颜色发生改变，由棕黄色变为粉红色，具有指示作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的硫化氢净化材料，具有净化效率高，工艺简单且安全无毒。本发明提供的硫化氢净化材料中含有锰氧化物，锰氧化物与硫化氢反应后生成粉红色硫化锰，硫化氢净化材料由棕黄色变为粉红色。根据材料的颜色变化，可以判断硫化氢的净化效果及材料的使用饱和度。本发明提供的硫化氢净化材料还具有可再生功能，提高了材料的使用寿命，减少资源损耗。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进一步说明。
本发明硫化氢净化材料制备方法(简称方法)，其工艺步骤如下；
1)制备硫化氢净化组分
(1)配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为30～90g/L、8～75g/L、50～200g/L；先将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，制得A悬浮液，静置备用；
(2)将三氯化铁粉末、氢氧化钠固体分别配制成溶液，三氯化铁溶液与氢氧化钠溶液的浓度分别为15～80g/L、10～95g/L；按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用；
(3)将步骤(1)和(2)所制得的A、B悬浮液按重量比(0.1～1):1混合均匀，过滤即得硫化氢净化组分；
2)制备指示型硫化氢净化材料
将1)步所得硫化氢净化组分与配料润滑剂、造孔剂及粘结剂按重量比例为1：(0.05～0.5)：(0.01～0.08)：(0.2～2.5)加水混合均匀后，按常规方法加工成型，烘干后焙烧，即得所述硫化氢净化材料。
所述的高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰的浓度优选范围分别为30～45g/L、20～30g/L、100～120g/L。
所述的三氯化铁溶液与氢氧化钠溶液的浓度优选范围分别为25～40g/L、20～40g/L。
所述硫化氢净化组分、润滑剂、造孔剂及粘结剂的重量比例优选范围为1：(0.1～0.3)：(0.02～0.04)：(0.5～2.0)。
所述的润滑剂为甘油、田菁粉、PTFE乳液中的至少一种。
所述粘结剂为高岭土、膨润土、凹凸棒土、活性氧化铝中的至少一种。
所述造孔剂为选自聚乙烯醇、聚乙二醇及可溶性淀粉中的至少一种。
所述烘干温度为50～150℃温度，焙烧温度为300℃～600℃。
本发明硫化氢净化材料，其特征在于该净化材料由上述制备方法制得；该净化材料为颗粒状，其比表面积为90～120m2/g，堆积密度为0.35～0.70g/ml。
所述硫化氢净化材料，其特征在于该材料在净化过程中颜色发生改变，由棕黄色变为粉红色，具有指示作用。
实施例1
本实施例提供一种硫化氢净化材料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)制备硫化氢净化组分
(1)配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为35g/L、20g/L、105g/L。将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，制得A悬浮液，静置备用。
(2)配制三氯化铁与氢氧化钠溶液，浓度分别为25g/L、30g/L。在搅拌条件下，按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用。
(3)将上述制得的A悬浮液和B悬浮液混合均匀，过滤即得硫化氢净化组分。
2)制备指示型硫化氢净化材料
将1)步所得硫化氢净化组分、田菁粉、可溶性淀粉、凹凸棒土按重量比1:0.1:0.02:1混合均匀，按常规方法加工成型后，置于100℃烘箱中烘干，然后于马弗炉中，350℃下焙烧1.5h，即得硫化氢净化材料。测得其比表面积为115m2/g，堆积密度为0.45g/ml。
实施例2
本实施例提供一种硫化氢净化材料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)制备硫化氢净化组分
(1)配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为40g/L、25g/L、110g/L。将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，制得A悬浮液，静置备用。
(2)配制三氯化铁与氢氧化钠溶液，浓度分别为30g/L、35g/L。在搅拌条件下，按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用。
(3)将上述制得的A悬浮液和B悬浮液混合均匀，过滤即得硫化氢净化组分。
2)制备指示型硫化氢净化材料
将1)步所得硫化氢净化组分、甘油、可溶性淀粉、凹凸棒土按重量比1:0.2:0.03:1.5混合均匀，按常规方法加工成型后，置于100℃烘箱中烘干，然后于马弗炉中，350℃下焙烧1.5h，即得硫化氢净化材料。测得其比表面积为110m2/g，堆积密度为0.48g/ml。
实施例3
本实施例提供一种硫化氢净化材料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)制备硫化氢净化组分
(1)配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为45g/L、30g/L、120g/L。将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，反应2h后制得A悬浮液，静置备用。
(2)配制三氯化铁与氢氧化钠溶液，浓度分别为35g/L、40g/L。在搅拌条件下，按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用。
(3)将上述制得的A悬浮液和B悬浮液混合均匀，过滤即得硫化氢净化组分。
2)制备指示型硫化氢净化材料
将1)步所得硫化氢净化组分、田菁粉、可溶性淀粉、凹凸棒土按重量比1:0.2:0.03:1混合均匀，按常规方法加工成型后，置于100℃烘箱中烘干，然后于马弗炉中，300℃下焙烧2h，即得硫化氢净化材料。测得其比表面积为119m2/g，堆积密度为0.51g/ml。
实施例4
本实施例提供一种硫化氢净化材料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)制备硫化氢净化组分
(1)配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为30g/L、20g/L、100g/L。将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，反应2h后制得A悬浮液，静置备用。
(2)配制三氯化铁与氢氧化钠溶液，浓度分别为25g/L、30g/L。在搅拌条件下，按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用。
(3)将上述制得的A悬浮液和B悬浮液混合均匀，过滤即得硫化氢净化组分。
2)制备指示型硫化氢净化材料
将1)步所得硫化氢净化组分、田菁粉、聚乙二醇、凹凸棒土按重量比1:0.3:0.02:1.8混合均匀，按常规方法加工成型后，置于100℃烘箱中烘干，然后于马弗炉中，400℃下焙烧1h，即得硫化氢净化材料。测得其比表面积为116m2/g，堆积密度为0.49g/ml。
实施例5
本实施例提供一种硫化氢净化材料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)制备硫化氢净化组分
(1)配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为35g/L、20g/L、105g/L。将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，制得A悬浮液，静置备用。
(2)配制三氯化铁与氢氧化钠溶液，浓度分别为25g/L、30g/L。在搅拌条件下，按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用。
(3)将上述制得的A悬浮液和B悬浮液混合均匀，过滤即得硫化氢净化组分。
(2)制备指示型硫化氢净化材料
将1)步所得硫化氢净化组分、甘油、可溶性淀粉、高岭土按重量比1:0.1:0.02:1混合均匀，按常规方法加工成型后，置于100℃烘箱中烘干，然后于马弗炉中，350℃下焙烧1.5h，即得硫化氢净化材料。测得其比表面积为92m2/g，堆积密度为0.58g/ml。
实施例6
本实施例提供一种硫化氢净化材料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)制备硫化氢净化组分
(1)配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为35g/L、20g/L、105g/L。将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，制得A悬浮液，静置备用。
(2)配制三氯化铁与氢氧化钠溶液，浓度分别为25g/L、30g/L。在搅拌条件下，按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用。
(3)将上述制得的A悬浮液和B悬浮液混合均匀，过滤即得硫化氢净化组分。
(2)制备指示型硫化氢净化材料
将1)步所得硫化氢净化组分、PTFE乳液、可溶性淀粉、膨润土按重量比1:0.1:0.02:1混合均匀，按常规方法加工成型后，置于100℃烘箱中烘干，然后于马弗炉中，350℃下焙烧2h，即得硫化氢净化材料。测得其比表面积为96m2/g，堆积密度为0.67g/ml。
实施例7
本实施例提供一种硫化氢净化材料的制备方法，包括以下制备步骤：
1)制备硫化氢净化组分
(1)配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为35g/L、20g/L、105g/L。将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，制得A悬浮液，静置备用。
(2)配制三氯化铁与氢氧化钠溶液，浓度分别为25g/L、30g/L。在搅拌条件下，按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用。
(3)将上述制得的A悬浮液和B悬浮液混合均匀，过滤即得硫化氢净化组分。
2)制备指示型硫化氢净化材料
将1)步所得硫化氢净化组分、田菁粉、聚乙烯醇、活性氧化铝按重量比1:0.1:0.02:1混合均匀，按常规方法加工成型后，置于100℃烘箱中烘干，然后于马弗炉中，300℃下焙烧2.5h，即得硫化氢净化材料。测得其比表面积为99m2/g，堆积密度为0.65g/ml。
本发明方法所制备的硫化氢净化材料性能评价方法如下：
将实施例1-7所得的硫化氢净化材料分别称取220克，分七次进行实验；每次将一个实施例所得的硫化氢净化材料220克装入塑胶蜂窝中，然后装入净化机中，用塑料袋罩住整个净化机；将硫化氢发生器及净化机均放置于30m3测试实验室中，启动硫化氢发生器，同时开启搅拌风机搅拌5min后，采用HD-5便携型泵吸式硫化氢测试仪进行抽样测试硫化氢初始浓度，控制其初始范围为80±2ppm。撤去净化机上的塑料袋，开启净化机并计时，记录60分钟后的硫化氢浓度，即为终止浓度。测试结束后，将硫化氢净化颗粒取出，观察其颜色变化。对照组采用由田菁粉、可溶性淀粉、凹凸棒土按重量比0.5:0.06:1，按常规方法加工成型后，置于100℃烘箱中烘干，然后于马弗炉中，350℃下焙烧1.5h所得的样品。测试结果如表1所示。
表1检测结果
本发明硫化氢净化材料由于其硫化氢净化有效成分达到纳米级，配合使用润滑剂、造孔剂及粘结剂，使最终的产品具有较高的比表面积和较小的堆积密度且形状稳定，因而本产品在常温下具有较佳的净化硫化氢的能力；在设定的实验条件下，一小时内其净化效果达到90％以上。并且使用过的硫化氢净化材料，在通含氧气体的条件下，能够实现有效成分的再生，从而能够重复使用。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种硫化氢净化材料制备方法，其工艺步骤如下；
1）制备硫化氢净化组分
（1）配制高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰溶液，浓度分别为30~90g/L 、8~75g/L、 50~200g/L；先将高锰酸钾溶液与氢氧化钠溶液按体积比为1:1混合均匀后，在搅拌条件下，按醋酸锰溶液与高锰酸钾溶液体积比为2:1将醋酸锰溶液缓慢加入，制得A悬浮液，静置备用；
 （2）将三氯化铁粉末、氢氧化钠固体分别配制成溶液，三氯化铁溶液与氢氧化钠溶液的浓度分别为15~80g/L 、10~95g/L；按氢氧化钠溶液与三氯化铁溶液体积比为2:1将氢氧化钠溶液缓慢加入三氯化铁溶液中，制得B悬浮液，静置备用；
（3）将步骤 （1）和 （2）所制备的A、B悬浮液混合按重量比0.1-1:1均匀，过滤即得硫化氢净化组分；
2）制备指示型硫化氢净化材料
将1）步所得硫化氢净化组分与配料润滑剂、造孔剂及粘结剂按重量比例为1：0.05~0.5 ：0.01~0.08：0.2~2.5加水混合均匀后，按常规方法加工成型，烘干后焙烧，即得所述硫化氢净化材料。
2.根据权利要求1所述的硫化氢净化材料的制备方法，其特征在于：所述的高锰酸钾、氢氧化钠、醋酸锰的浓度分别为30~45g/L 、20~30g/L、 100~120g/L。
3.根据权利要求1所述的硫化氢净化材料的制备方法，其特征在于：所述的三氯化铁溶液与氢氧化钠溶液的浓度分别为25~40g/L 、20~40g/L。
4.    根据权利要求1所述的硫化氢净化材料的制备方法，其特征在于：所述硫化氢净化组分、润滑剂、造孔剂及粘结剂的重量比例为1：0.1~0.3 ：0.02~0.04：0.5~2.0。
5.根据权利要求1所述的硫化氢净化材料的制备方法，其特征在于：所述的润滑剂为甘油、田菁粉、PTFE乳液中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的硫化氢净化材料的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为高岭土、膨润土、凹凸棒土、活性氧化铝中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的硫化氢净化材料的制备方法，其特征在于：所述造孔剂为选自聚乙烯醇、聚乙二醇及可溶性淀粉中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的硫化氢净化材料的制备方法，其特征在于：所述烘干温度为50~150℃温度，焙烧温度为300℃~ 600℃。
9.一种硫化氢净化材料，其特征在于该净化材料由权利要求1所述的制备方法制得；该净化材料为颗粒状，其比表面积为90~120m2/g，堆积密度为0. 35~0. 70g/ml。
10.根据权利要求9所述的硫化氢净化材料，其特征在于该材料在净化过程中颜色发生改变，由棕黄色变为粉红色，具有指示作用。
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