氧化鋅脫硫劑研究進展

劉博書 李艦

摘 要：為了可以替代和補充石油的不足，我國對于新型能源開發(fā)和利用也采取了極為重視的態(tài)度，尤其是對于生物質(zhì)的開發(fā)，利用相關(guān)的技術(shù)來使用天然氣成為了這個理念當中最為重要的技術(shù)之一，而其中最為關(guān)鍵的技術(shù)就是脫硫凈化。為此本文通過對氧化鋅制備、氧化鋅脫硫劑制備等不同的方面來對于氧化鋅脫硫的研究進展進行論述，希望對相關(guān)人員有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：氧化鋅;脫硫劑;制備

1 脫硫劑前體氧化鋅的制備

1.1 氧化鋅制備

在氧化鋅脫硫劑的制作當中，其氧化鋅是最為主要的一種成分，而在制備過程當中所采用的大部分的手段都是煅燒或者是干燥的方式。然而在鋅鹽當中有一定的氫氧化鋅、硫酸鋅等等物質(zhì)，在制備的過程當中大概有酸法、堿法、鋅鹽化合物沉淀法等不同的三大類。在使用酸法的時候，是具體對于含鋅物進行浸出，然后采取沉淀，而酸法在使用時會導(dǎo)致一些雜質(zhì)進入溶液，從而對于生產(chǎn)成本有所增加。在使用堿法的時候，是通過氨絡(luò)合物來進行制作，用氨水來浸出鋅物料當中的鋅，這樣就可以形成一定量的絡(luò)合物。但是在制作過程當中，原料當中的一些雜質(zhì)也會因此來混入溶液，并不容易將其剔除。使用鋅鹽沉淀法是通過含鋅化合物當中與其他鹽類進行反應(yīng)，從而形成鋅鹽沉淀物，并且在進一步的干燥當中得到氧化鋅這種方法。其又可以進行具體的分類為直接沉淀法和共沉淀法等等。在直接沉淀法中，是使溶液當中的某一金屬陽離子充分地發(fā)生反應(yīng)，從而形成沉淀。這種制備過程當中含有兩鐘或者以上的金屬元素，是一種極為重要的方法。而這方法通常會運用到微米級的數(shù)量當中，對于不同的操作所得到的氧化鋅活性也不盡相同。而在采取共沉淀法制備的時候，主體是為了得到平均粒徑為1mm的顆粒脫硫劑，并且在斷燒時對于硫容也有一定的影響，溫度最好達到450℃。

1.2 納米氧化鋅鋅基的制備

在傳統(tǒng)的方案當中，對于脫硫劑當中存在的一些鋅劑粒子并不能進行進一步的分散，也就無法對其進行研磨，因此在其混合的過程當中，很容易出現(xiàn)聚集在一起的情況，這樣就使得脫硫劑并不能發(fā)揮其本身的能力。因此在研究的過程當中，納米氧化鋅成為了當下研究的重點，根據(jù)人們的研究程度，其鋅和晶格氧的比值大概為2.5。因此在其表面會缺失大量的氧原子，這樣就會存住一些空位。而這些氧正是氧化性最為重要的活性位點，它在空氣當中可以與水結(jié)合，形成一定的羥基。近些年來，對于納米氧化鋅制備的方法也逐漸的細化，其中最為常見的有一步法和兩步法。

一步法當中也具體分為幾個不同的方法：第一，水熱法。水熱法是通過在密封的容器當中通過水注入溶劑而使得發(fā)生相應(yīng)的化學反應(yīng)，反應(yīng)溫度一般在于水的沸點和臨界點之間，通常使用的是130℃-250℃之間。因此其最大的優(yōu)點是不需要較為高熱的溫度就可以獲得結(jié)晶粉末，從而對于其過程當中的研磨可能存在的雜質(zhì)進行有效的避免。在制備的過程當中，還包括對于金屬氧化物在內(nèi)的許多粉末，其范圍通常為0.1微米，甚至可以達到納米的程度，具有純度高、結(jié)晶好等等效果;第二，激光法。通過利用在反應(yīng)分子當中的特定波長激光術(shù)來吸收其能量，這樣就可以使分子通過激光來進行進一步的分解，從而誘導(dǎo)化學反應(yīng)。一般會采取惰性氣體為載體，鋅鹽為原料，通過激光器來加熱進行轉(zhuǎn)化。在用這種方法能量轉(zhuǎn)化率相對較高，不易團聚，因此可以對其進行精準的控制。但是在制作時所投入的成本較高，產(chǎn)出較低，很難實現(xiàn)規(guī)模化的生產(chǎn);第三，機械粉碎法。通過粉碎機對于原料進行直接的研磨，使其成超細粉。這種方法在制備的時候使用設(shè)備相對簡單，而且速度很快，操作便捷，又容易掌握。但是其缺點是反應(yīng)的過程當中很難進行充分反應(yīng)，而且研磨對于機器來講會產(chǎn)生很大的腐蝕性。

兩步法具體指的是先通過某種方法來得到納米氧化鋅的前體，之后再對前體通過不同手段得到最終的產(chǎn)物。其主要方法有溶膠凝膠法，通過金屬純鹽為原料來對其進行水解，這樣才可以使溶液經(jīng)溶膠再進行干燥，并且制得脫硫劑，最終斷裂成粉體。這種方法所產(chǎn)出的產(chǎn)品顆粒小、精度高，容易進行控制。其活性十分的高，精度很高，即便是用電鏡進行掃描，也可以看出其顆粒分布均勻。在操作的時候溫度較低，然而在制作時所需要的成本較高，并不容易制作出質(zhì)量較為高的凝膠。

2 氧化鋅脫硫劑的制備

2.1 制備方法

在對于氧化鋅脫硫劑進行制備的時候，所采用的方法一般有干混法、沉淀法、溶膠凝膠法。干混法是一種最為傳統(tǒng)的方法，通過對于氧化鋅粉末以及其他一些助劑結(jié)合，參入適量的水進行攪拌、研磨，最終通過機器來進行破碎或者是振動，這樣就可以使這些混合物進行充分的混合。之后通過壓片機等機器將其擠成一定的形狀，然后在烘箱里面進行干燥，最終得到產(chǎn)品。這種方法在制造的過程當中比較簡便，而且生產(chǎn)的量大，費用較低，但是缺點也很明顯。那就是這種脫硫劑不容易使得脫硫劑的組分高度分散，這樣其活性和穩(wěn)定性都沒有其他方法使用的更加良好。目前這種方法已經(jīng)直接被均勻沉淀法和溶膠凝膠法替代。均勻沉淀法使用的過程當中與直接沉淀法不同，它不通過對于沉淀物進行反應(yīng)，而是將沉淀物先泡在一些不飽和的溶液當中，使其均勻地進行分散。而在采取溶膠凝膠法的時候，只是通過利用膠體的高度分散性使其成為納米級的微粒，這樣從而產(chǎn)生脫硫劑。目前，這些方法還在一定的研究階段，不過在未來應(yīng)用當中，對于精細脫硫劑的制備有著相當大的作用。

2.2 脫硫劑中的助劑

在脫硫的過程當中，會受到很多因素的影響，因此為了可以使一些不利影響降到最低，就必須摻入不同的物質(zhì)，這樣才可以適應(yīng)不同的環(huán)境。為了可以使這個復(fù)雜的過程更加的有效，所使用的助劑一般分為造孔劑、黏結(jié)劑以及助活性劑等等。造孔劑一般會使用到石墨、纖維素等等，通過適量的加入，可以使脫硫劑的表面積進行不斷的增加，并且使氧化鋅有著較好的脫硫性能。在這種情況下，氧化鋅可以有較大的孔徑，在脫硫的時候使其不斷的分解，使孔徑增大，最終是能夠讓它充分的接觸。而黏結(jié)劑的添加，可以使脫硫劑的抗粉化性不斷的提升，并且對于整體的組織也有更好的效果，對于脫硫劑的容量也有比較大的影響。助活性劑對脫硫劑的強度有著很大的影響，因此對于其化學性質(zhì)和活性成分的研究有著十分重要的意義。通過研究可以在中溫程度下，使得脫硫劑達到良好的脫硫效果，但在低溫下效果不明顯。

2.3 溫度及氣氛效應(yīng)對脫硫劑的影響

脫硫劑在制備以及使用的過程當中，有很多因素會影響到其性能的發(fā)揮，其中最為重要的就是在使用的時候所面臨的溫度以及氣氛。在使用氧化鋅來脫除硫化氫的時候，兩者直接進行反應(yīng)就會制成硫化鋅，在溫度過高的情況下容易被還原成單質(zhì)鋅而蒸發(fā)，影響脫硫效果嗎。當溫度處于550℃-650℃的時候，對于濃度、溫度以及反應(yīng)都會有著相當大的物理性質(zhì)影響。并且反應(yīng)活性也會隨著溫度的升高而在不斷的提升。而當處于中溫范圍，也就是300℃-400℃的時候，原料氣中的羰基硫脫除就需要進行重視，因為在這個范圍內(nèi)這種物質(zhì)的生成值很大，對脫硫效果有一定的影響，不如只去除硫化氫的效果好。

3 結(jié)束語

對于氧化鋅脫硫劑的研究，必須從其制備的方法、助劑等等不同的方面進行配比，這樣才可以充分的考慮到各個因素對于它的影響，從而開發(fā)出適合不同條件的氧化鋅脫硫劑。也只有這樣，才可以使脫硫劑的制備過程能夠得到有效的控制，為新能源的進一步開發(fā)提供基礎(chǔ)。

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