黄磷尾气中COS、CS2催化水解净化研究

黄磷尾气中的有机硫（COS和CS2）是影响一碳化工的有害物质，实现黄磷尾气资源化必须脱除其中的COS和CS2。由于黄磷尾气组分的复杂性和特殊性，对于黄磷尾气这种强还原气氛下有机硫脱除的研究未见报道。本项目根据黄磷尾气的特征，结合黄磷尾气深度净化的重大迫切要求，采用催化水解法同时脱除其中的COS和CS2，系统研究载体表面的物理化学特性、载体结构等对催化剂性能的影响；针对新的反应体系和反应条件，深入研究脱硫反应过程及活性物质分布对脱硫性能的影响规律；开发新型中低温复合催化剂，解决在不吸附活化黄磷尾气中CO以及在强还原气氛下，同时去除COS和CS2杂质的关键科学问题；并提出强还原气氛条件下的有机硫催化水解反应机理。项目符合当前国家、行业、地方废气净化控制技术的需求，研究形成的系统理论有利于拓展和深化新型脱硫材料的研究内涵，为有机硫催化水解的研究应用及黄磷尾气的资源化利用提供理论依据和技术方法。

黄磷尾气中含有大量高浓度的CO气体，是潜在的一碳化工原料气。其中的羰基硫（COS）和二硫化碳（CS2）是影响一碳化工的有害物质，因此，实现黄磷尾气资源化必须脱除其中的COS和CS2。本项目根据黄磷尾气组分的复杂性和特殊性，从水解催化剂的研发、反应体系的影响以及反应机理三个层面展开研究，取得了一系列有特色的创新性成果。研究通过不同方法制备了一系列改性活性炭基催化剂和类水滑石衍生氧化物催化剂，系统研究了催化剂结构、表面物理化学特性等对催化剂性能的影响。在催化剂研制的基础上，结合黄磷尾气的特点，兼顾环境及后续CO资源化利用对净化气体的要求，重点考察了温度、水含量、氧气含量以及CO气氛对COS和CS2催化水解净化效率的影响；对强还原气氛下COS和CS2催化水解的反应机理进行了初步探索，为寻求最佳反应条件和催化剂设计优化提供了理论依据。研究结果表明：催化剂表面的碱性中心是COS和CS2水解的活性中心，丰富的微孔结构有利于COS和CS2在催化剂上的扩散吸附。通过控制催化剂的制备条件从而获得更多的碱性中心和发达的微孔结构有利于催化剂活性的增强。催化水解反应的途径为：COS和CS2吸附在催化剂表面的碱性中心上，在催化剂表面羟基基团和金属氧化物的催化作用下水解生成H2S，其水解中间产物为硫代碳酸氢盐；然后，H2S被催化氧化生成SO42-和极少量的单质S。水含量对COS和CS2的吸附有重要的影响；氧气则会加速SO42-和单质S的形成，使其在催化剂表面富集，堵塞微孔并占据活性位点；反应温度对吸附和水解产物的形成都存在影响。本研究形成的系统理论有利于拓展和深化新型脱硫材料的研究内涵，并为有机硫催化水解的研究应用及黄磷尾气的资源化利用提供了理论依据和技术方法。