改性介孔二氧化硅对硫化氢的吸附研究

H2S浓度（ppm）
按照以下公式计算吸附剂的吸附能力（δ）。 δ= M·F·Cinlet·t m·VM
式中： δ—吸附含硫气体的能力，mg/g； M—含硫气体的相对分子质量，g/mol； F—穿透实验中气体的流速，m3/min； Cinlet—穿透实验中入口气体的浓度，ppm； t—穿透时间，min； m—穿透实验中吸附剂的质量，g； VM—标准状态下的气体摩尔体积，cm3/mmol。 2 结果与讨论 2.1 不同金属氧化物改性介孔二氧化硅对H2S的穿透实 验结果 在反应条件、烘干工艺、焙烧工艺一致的情况下，分 别制备了负载量均为20%的MgO/SiO2、CuO/SiO2、ZnO/SiO2 吸附剂。H2S气体穿透曲线（如图2）结果表明，与负载 ZnO与MgO相比，负载CuO的吸附剂的脱硫效果更好。
1 实验部分
1.1 介孔二氧化硅的制备 量取9mL氨水，将其缓慢倒入124mL去离子水中。
称取2.5g十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB），在超声下 缓慢加入到氨水混合液中，直至完全溶解。将混合液转 移至水浴锅中，27℃恒温快速搅拌。量取10mL正硅酸 乙酯，边搅拌边逐滴加入正硅酸乙酯（TEOS）。恒温 持续搅拌2h。将反应物过滤、干燥、焙烧。焙烧温度由 室温经30min升至为300℃，恒温30min，后经30min升至 550℃，550℃恒温5h，得到介孔SiO2。 1.2 金属氧化物改性介孔二氧化硅的制备
硫化氢是一种无色、易燃易爆的酸性气体，低 浓度时有一种特殊的臭鸡蛋气味（嗅觉阈值低至 0.00041ppm）。其毒性极强，人在短时间内吸入少量的 硫化氢便会导致死亡[1]。即使是低浓度的硫化氢，对眼、 呼吸系统和中枢神经也会产生强烈影响，经常接触会对 人员的身体健康造成较大损害[2]。对于舰艇舱室、国防 指挥工程等密闭空间来说，其卫生间、污物桶、变质食 品和人体胃肠道排气及排泄物、柴油机运转等会持续释 放出一定量的硫化氢气体，危害内部人员的身体健康。 针对密闭空间H2S废气污染，相应的化学吸收和物理吸 附等净化方法有不同程度的应用，但这些方法也存在设 备复杂、易产生二次污染等问题[3～5]。
Focus on Air Pollution Prevention and Control
聚焦大气污染防治
改性介孔二氧化硅对硫化氢的 吸附研究
李灿1，马福秋2，葛春元1，莫杏梅3*
（1.中国人民解放军92609部队，北京 100077；2.哈尔滨工程大学核科学与技术学院，哈尔滨 150001； 3.中国环境保护产业协会，北京 100037）
时间（min）
图2 不同金属氧化物改性介孔二氧化硅的H2S穿透曲线
1.H2S气体钢瓶；2.N2气体钢瓶；3.气体减压阀；4.流量计；5.缓冲瓶； 6.恒温管式炉；7.吸附柱；8.单向阀；9.H2S气体检测仪
图1 气体穿透实验装置组成
2.2 不同CuO负载量改性介孔二氧化硅对H2S的穿透实 验结果
分别制备了负载量为10%、30%、40%的CuO/SiO2 吸附剂，并对其进行H2S穿透实验（见图3）。结果表 明，CuO负载量为40%时，样品具有最佳的吸附性能，其 H2S穿透时间为247.3min，穿透硫容达50.5mg/g。 2.3 不同焙烧温度制备的改性介孔二氧化硅对H2S的穿 透实验结果
摘 要：以均匀沉淀法合成金属氧化物改性介孔二氧化硅，并通过气体穿透实验考察了其吸附H2S气 体的性能。实验表明，CuO负载量为40%（质量分数）、450℃下焙烧4h制备的改性二氧化硅具有最佳的吸 附性能，其穿透时间为247.3min，穿透吸附量达50.5mg/g。
关键词：改性；介孔二氧化硅；吸附；硫化氢 中图分类号：TQ424.25；X512 文献标志码：A 文章编号：1006-5377（2018）07-0039-04
利用均匀沉淀法合成金属氧化物改性二氧化硅（以
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制备20%的MgO/SiO2为例）：取1.0g介孔二氧化硅，与一 定量的去离子水混合，在超声的作用下充分分散。称取 1.28gMgห้องสมุดไป่ตู้NO3)2·6H2O和1.2g尿素，加入二氧化硅浊液中。 待硝酸镁与尿素充分溶解，将烧杯转移至95℃的水浴锅 中，用电动搅拌机不断搅拌4h后将烧杯中物质过滤，沉 淀物在80℃干燥箱中干燥1h，研磨，在450℃马弗炉中 焙烧4h，冷却后即得到20%的MgO/SiO2样品。 1.3 样品的分析测试方法 1.3.1 表面形貌观察及能谱分析
吸附剂的热重分析在STA-409型号热重分析仪上进 行，温度20℃～800℃，升温速率10K/min。 1.4 H2S气体穿透实验
通过气体穿透实验装置开展H2S气体穿透实验（如 图1）。在缓冲瓶中的H2S浓度达到设定值后，将之通入 吸附柱中进行吸附测试。当吸附后尾气中的H2S浓度达到 1ppm时，定义为该吸附剂的穿透时间，结束穿透实验。 以时间t（min）为横坐标，浓度C（ppm）为纵坐标，绘 制H2S气体的穿透曲线。
微观形貌在JSM-6480的扫描电镜上观察，样品未 经喷金处理。同时利用扫描电镜的配件能谱仪（EDS） 对样品进行能谱分析，得到其表面的元素组成和元素相 对含量。 1.3.2 比表面积测定
比表面积和孔结构通过SSA-4200孔隙及表面积分析 仪在77K下进行氮气等温吸附得到。比表面积由BET方程 得出，总孔容由相对压力p/p0= 0.95时的氮气吸附量转换 为液氮体积得到，微孔孔容由t图法得到[10]。 1.3.3 热重分析
介孔二氧化硅材料的比表面积较大，孔隙发达，孔 道高度有序，均一性好，骨架结构稳定且易于掺杂，并 具有较高的热稳定性和水热稳定性等优点[6]，使得其在
基金项目：黑龙江省自然科学基金资助（B201317）和中央高校基本科 研业务费项目资助（HEUCFG201702）。
吸附、分离、催化、生物科技等多个领域有着广泛的应 用 。 [7～9] 本文以均匀沉淀法负载一定量的MgO、CuO、 ZnO等金属氧化物改性介孔二氧化硅，并将其应用于H2S 气体的吸附研究，旨在探索一种价廉、高效、操作简便 的处理H2S废气的材料和方法。