镧掺杂棒状二氧化铈催化剂低温水解羰基硫的性能

摘要

在低温下实现高炉煤气中羰基硫（COS）的高精度脱除对环境保护意义重大，催化水解法可以在较低的操作温度下将COS转化成更易脱除的H2S.通过制备三种不同形貌的二氧化铈（CeO₂），以及在棒状二氧化铈（CeO₂-R）中掺杂不同质量分数的金属镧（La），对催化剂表面氧空位和碱性位点进行调控，探讨氧空位和碱性位点对催化活性的影响，并提出催化剂失活机理.研究发现，CeO₂-R具有较多的表面羟基和氧空位含量，在反应温度为75℃，相对湿度为17%时表现出了优异的COS脱除能力，进一步掺杂不同含量La后催化剂的氧空位和表面碱性强度都明显提高，其中，掺杂质量分数为10%的金属La的催化剂100%脱除COS的持续时间较CeO₂-R提高了120%，达到570 min.X射线衍射（XRD）、X射线电子光谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征表明，金属La掺杂进入到CeO₂-R的晶格内，形成固溶体结构.电子顺磁共振（EPR）和二氧化碳程序升温脱附（CO₂-TPD）分析表明La与CeO₂的协同作用形成了更多不对称的氧空位，并提高了催化剂碱性强度，氧空位与碱性位点的共同作用提高了催化剂对COS的脱除能力.在反应过程中生成硫酸盐等副产物沉积在催化剂表面，堵塞孔隙，覆盖活性中心导致催化剂硫中毒.综上所述，通过探讨催化剂表面的结构和化学性质，为低温催化水解COS提供了新的认识，对开发高效、稳定的COS水解催化剂具有指导意义.

关键词

羰基硫 / 碱性位点 / 水解催化 / 氧空位 / 二氧化铈

基金资助

云南省重大科技项目（202202AG050005）; 国家自然科学基金资助项目（52260013）