CN110302759B - 一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料 - Google Patents

一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，由化合物Z溶于酸性水溶液后，加入汞盐进行反应，过滤后冷冻干燥制得。本发明的吸附材料具有成本低，吸附效率高，且吸附操作简单的特点。

Description

一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料
技术领域
本发明涉及一种纳米框架材料，特别是一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料。
背景技术
硫化氢广泛存在于沼气和天然气中，自然成因包括生物降解、微生物硫酸盐还原、热化学分解、硫酸盐热化学还原等。低浓度时有刺激性臭鸡蛋气味，浓度极低时便有臭味，有剧毒(LC50＝444ppm<500ppm)。硫化氢在空气中的最高容许浓度是10mg/m3。当浓度≥760mg/m3(502ppm)时，人会很快出现急性中毒，呼吸麻痹而死亡，当硫化氢浓度介于300～760mg/m3(198～502ppm)时，可引发肺水肿、支气管炎及肺炎、头痛、头昏、恶心、呕吐、排尿困难。硫化氢不仅对人体毒性很大，而且易燃易爆，极易腐蚀金属堵塞管道，工厂排放的尾气及天然气即使含有少量的硫化氢也会对环境造成很大的污染，有时很多资源由于低浓度的硫化氢的存在而被浪费了。凡含硫的化合物通过各类反应都有生成硫化氢的可能性，从数量上来说，炼油厂、天然气净化厂、煤气净化厂等是硫化氢的主要工业来源。多年以来，大量研究人员对天然气、煤气层和沼气等含硫气体的脱硫问题进行了大量研究。
目前常用的脱硫方法可分为干法和湿法脱硫两大脱硫工艺。干法脱硫包括铁法、氧化铁法、NCA固体吸收法、分子筛法、膜分离法等，该工艺主要适于气体精细脱硫，其硫含量相对较低，脱硫剂大多不能再生，需要废弃；湿法脱硫包括液相氧化法、液相催化法、碳酸钠或醇胺吸收法等，该工艺能够适应较高负荷的脱硫要求，脱硫效率较高，可连续操作，应用面较宽，其中尤以液相氧化法的优点较为突出，但是工艺复杂，容易产生二次污染，投资大，一般厂家难以承受。一般金属氧化物脱硫效果好，但对金属氧化物的利用率低，成本较高；以微孔为主的普通活性炭材料被广泛用做吸附剂，但在硫化氢的吸附过程中，容易出现孔道的堵塞，吸附容量低。因此研制成本低、吸附效率高、吸附流程简单的硫化氢吸附材料是一个环境材料方面的重要问题。
基于以上背景，本发明提供了一种可吸附硫化氢气体的纳米框架材料，该吸附材料成本低，且吸附过程涉及的装置简便。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料。本发明的吸附材料具有成本低，吸附效率高，且吸附操作简单的特点。
本发明的技术方案：一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，由化合物Z溶于酸性水溶液后，加入汞盐进行反应，过滤后冷冻干燥制得；所述化合物Z的结构式如下：
Figure BDA0002125552270000021
前述的用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，所述酸性水溶液的pH值为2-4。
前述的用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，所述酸性水溶液为硝酸溶液或者盐酸溶液。
前述的用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，所述汞盐为高氯酸汞或氯化汞。
前述的用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，所述化合物Z与汞盐的摩尔比为1:1-3。
前述的用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，所述化合物Z与汞盐的摩尔比为1:2。
前述的用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，所述冷冻干燥的温度为-70℃至-90℃，时间1-5h。
前述的用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，所述冷冻干燥的温度为-80℃，时间3h。
本发明的有益效果
1、本发明的化合物Z的合成成本较低，框架材料原料皆是比较廉价易得的。同时，本发明框架材料在吸附硫化氢之后，可加入乙醇溶液将化合物Z提取出来，原料具有可回收性，从而将成本降低了。
2、本发明的框架结构内部为疏松多孔的构造，有助于充分接触硫化氢气体具有吸附效率高的优点。
3、本发的框架材料在吸附硫化氢的过程中，颜色会发生明显的变化，可以通过肉眼直观的看到吸附过程的进行以及判断吸附材料是否完全吸附，操作更加简单。而本发明选择冷冻干燥的目的就在于，冷冻干燥的框架材料颜色更亮，吸附硫化氢后颜色的变化更大，更加的直观；而其他干燥方法得到的框架材料的颜色较暗，对比性差。
实验例：
1、制备H2S的反应物为Na2S和稀H2SO4，加热反应后H2S气体经冷凝管后由导气管通入到吸附材料中(制备好的黄绿色纳米框架材料均匀铺在一个透明的玻璃管内，该玻璃管前后用导气管连接)，再经过尾气处理装置(盛有NaOH溶液的烧杯)将多余的H2S处理掉。
2、反应开始进行前先进行气密性检查，气密性良好后开始进行反应。反应开始后一段时间放在玻璃管中的吸附材料逐渐从黄绿色变为黑色，待固体完全变黑后吸附完成。
3、将吸附后的黑色固体收集起来，进行颜色对比，日光灯下肉眼可见其颜色由黄绿色转变成了黑色(如附图3所示)，在365nm紫外灯照射下荧光由绿色变成无色(如附图4所示)。取适量吸附后的黑色固体粉末进行扫描电镜/能谱分析(如附图5所示)后发现有S元素的存在，而该材料本身不含有S元素，说明该材料吸附了硫化氢导致元素分析时出现了新的S元素。
附图说明
图1为化合物Z的分子结构式；
图2为纳米框架材料的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图3为纳米框架材料吸附硫化氢前后在日光灯下的变化图片；
图4为纳米框架材料吸附硫化氢前后在365nm紫外灯照射下的荧光变化图片；
图5为纳米框架材料吸附H2S后的扫描电镜/能谱分析图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，通过如下方法制备：首先将浓硝酸或者浓盐酸溶于水，配制pH值为3的酸性水溶液；然后将结构式如附图1所示的化合物Z加入酸性水溶液中，再将高氯酸汞或氯化汞按化合物Z：高氯酸汞或氯化汞的摩尔比为1:2加入酸性水溶液中，直至沉淀不在产生，然后过滤，将沉淀物在-80℃冷冻干燥3h即得。
实施例2：一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，通过如下方法制备：首先将浓硝酸或者浓盐酸溶于水，配制pH值为2的酸性水溶液；然后将结构式如附图1所示的化合物Z加入酸性水溶液中，再将高氯酸汞或氯化汞按化合物Z：高氯酸汞或氯化汞的摩尔比为1:1加入酸性水溶液中，直至沉淀不在产生，然后过滤，将沉淀物在-70℃冷冻干燥1h即得。
实施例3：一种用于吸附硫化氢气体的纳米框架材料，通过如下方法制备：首先将浓硝酸或者浓盐酸溶于水，配制pH值为4的酸性水溶液；然后将结构式如附图1所示的化合物Z加入酸性水溶液中，再将高氯酸汞或氯化汞按化合物Z：高氯酸汞或氯化汞的摩尔比为1:3加入酸性水溶液中，直至沉淀不在产生，然后过滤，将沉淀物在-90℃冷冻干燥5h即得。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纳米框架材料在吸附硫化氢气体的用途，其特征在于：所述纳米框架材料由化合物Z溶于酸性水溶液后，加入汞盐进行反应，过滤后冷冻干燥制得；所述化合物Z的结构式如下：
Figure FDA0003525088760000011
2.根据权利要求1所述的纳米框架材料在吸附硫化氢气体的用途，其特征在于：所述酸性水溶液的pH值为2-4。
3.根据权利要求1所述的纳米框架材料在吸附硫化氢气体的用途，其特征在于：所述酸性水溶液为硝酸溶液或者盐酸溶液。
4.根据权利要求1所述的纳米框架材料在吸附硫化氢气体的用途，其特征在于：所述汞盐为高氯酸汞或氯化汞。
5.根据权利要求1所述的纳米框架材料在吸附硫化氢气体的用途，其特征在于：所述化合物Z与汞盐的摩尔比为1:1-3。
6.根据权利要求5所述的纳米框架材料在吸附硫化氢气体的用途，其特征在于：所述化合物Z与汞盐的摩尔比为1:2。
7.根据权利要求1所述的纳米框架材料在吸附硫化氢气体的用途，其特征在于：所述冷冻干燥的温度为-70℃至-90℃，时间1-5h。
8.根据权利要求7所述的纳米框架材料在吸附硫化氢气体的用途，其特征在于：所述冷冻干燥的温度为-80℃，时间3h。
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