Zn掺杂α-羟基氧化铁脱除高炉煤气中H2S性能研究
王斌1
刘旭东2
李玉然1
刘利2
徐文青1
朱廷钰1
1.中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程制造创新研究院,北京 1001902.华北理工大学化学工程学院河北省环境光电催化材料重点实验室,河北唐山 063200
摘要：高炉煤气中硫化氢(H2S)的脱除对实现钢铁行业超低排放具有重要意义.高炉煤气经余压透平发电装置(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit,TRT)后,温度在 50～80 ℃之间,宜选用低温下活性较高的针铁矿(α-FeOOH)作为高炉煤气水解后H2S的吸附剂.采用共沉淀结晶法将不同摩尔比(1％、5％、11％)的Zn2+掺杂到α-FeOOH中,在模拟的高炉煤气气氛中,利用固定床-气相色谱联用平台测试其对H2S的吸附容量,Zn/FeOOH硫容提升至292.2 mg/g,提高了 137％.采用BET、EPR、XPS等分析手段对吸附剂的理化性质进行表征,分析结果表明,Zn/FeOOH样品的比表面积提升近60％.比表面积的增加意味着更多的反应界面可用于H2S的吸附和转化,更多的吸附位点是提高硫容的关键因素之一.此外,孔容积提升约116％,孔容积的增加可以缓解反应产物带来的孔道堵塞效应.在g=2.002的位置,Zn/FeOOH系列样品均出现了氧空位的特征峰,Zn/FeOOH-11样品表现出最高的氧空位信号强度,表明掺杂Zn后材料中的氧空位显著增加.当Zn2+被引入α-FeOOH晶格时,由于Zn2+和Fe3+的离子半径和电荷不完全匹配,其替代Fe3+会在晶格中引入局部应力和畸变,有助于氧原子从晶格中逸出,形成氧空位.氧空位能为H2S的吸附和活化提供活性位点,增强材料的催化活性.Zn掺杂α-FeOOH中单羟基比例增加到36％.单羟基是提高硫容的关键,作为活性较高的基团能够与H2S形成氢键,从而增强材料表面的吸附.通过原位红外光谱分析,表明Zn不仅作为催化剂的一部分,还直接参与H2S的反应形成ZnS,Zn掺杂不仅改善了 α-FeOOH的催化性能,还影响了硫产物的种类.结构和表面性能的改变,显著提升了 Zn/FeOOH材料对H2S的吸附和转化能力,为吸附剂硫容提高及高炉煤气净化技术应用提供了参考.
关键词：高炉煤气羟基氧化铁硫化氢吸附氧化Zn掺杂
分类号：X131.1(环境化学)X701(一般性问题)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC3707003)山西省重点研发计划资助项目(202202090301020)
论文发表日期：2025-08-30
在线出版日期：2025-08-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 127-135 )
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