钴钼催化剂 中国科学院大学在化工行业酸性气污染控制与资源转化利用方面取得进展

钴钼催化剂 中国科学院大学在化工行业酸性气污染控制与资源转化利用方面取得进展

通讯作者：蒋国霞博士（中国科学院大学），郝正平教授（中国科学院大学）

论文 DOI: 10.1016/j..2022。

图形摘要

简单的介绍

中国科学院大学环境材料与污染控制技术研究中心在化工行业酸性气体污染控制与资源转化利用方面取得进展。近日，张凤莲、蒋国霞、郝正平教授团队在B:(DOI:10.1016/j..2022.)上发表了题为“酸性气体（CO2）转化为：-CoMo”的研究论文。该研究利用富含硫空位的CoMo硫化物催化剂实现了酸性气体H2S和CO2的催化转化制备COS，并通过热力学计算和密度泛函理论计算深入分析了该催化体系上H2S和CO2合成COS的反应路径和机理。

全文概览

“双碳”背景下，石油化工、天然气化工、煤化工等化工行业酸性气体（H2S和CO2）处理面临污染减排和碳减排的双重挑战。传统的克劳斯硫回收工艺可以从H2S中回收硫，但忽略了伴生杂质CO2的处理，因此需要开发多污染物协同控制转化技术工艺。本研究提出利用富硫空位的CoMo硫化物催化剂实现H2S和CO2催化转化制备COS。研究表明，金属硫化物如Co3S4、Co9S8和富硫空位的MoS2为催化剂活性相，尤其是CoMo共掺杂硫化形成独特的CoMoS相-S催化剂催化性能最好。 理论计算表明，吸附解离的H2S诱导CO2活化，促进CS成键，从而生成COS。该方法具有利用酸性气体、减少二氧化碳排放，同时合成羰基硫化合物的优势。

图文导览

表 1. at s (K)

热力学计算分析表明，H2S与CO2反应生成COS是可能的，该反应为吸热反应，主要受动力学反应速率慢的限制，因此制备高性能催化剂，提高反应速率将促进该反应的发生和反应平衡的实现。

图 1.n 为金属 (a)、新鲜的 XRD (b) 和 -S-fresh 的数据 (cf)：TEM 图像 (c)、从图像 (c) 中获取的 HRTEM 图像 (d)、HAADF-STEM 图像 (e)、Al、O、Co、Mo 和 S 的 EDS 图 (f)。

材料合成，采用钼插层水滑石为前驱体，钼通过离子交换进入水滑石前驱体层间，经过硫化处理制备出相应的-S（或-S）硫化物催化剂。催化剂相结构分析表明，催化剂硫化程度不同，主要由Co9S8或Co3S4等硫化物相组成。

图2. 金属上COS产率随时间变化的关系：T = 300 ℃, P = 1.0 MPa, CO2/H2S/He= 1.33/0.67/98, GHSV= 2000 h−1(a), (260–320 ℃) ​​(b), CO2/H2S摩尔比(0.33/0.67/99–4/0.67/95.33) (c)和(0.1–2.0 MPa) (d)对-S上COS产率的影响。

催化性能评价结果表明-S具有最佳催化性能,可达到COS理论平衡产率;反应影响因素考察结果表明升高温度、增大原料气中CO2/H2S摩尔比有利于反应的进行。

图3.所用的Mo 3d-S 2 s XPS(ad)和Co 2p XPS(eh)。

图 4. 的 Mo K 边 XANES (a)、EXAFS (b) 和 EXAFS (c)、的 Co K (d)、EXAFS (e) 和 (f)、的 (WTs) (gi)，数据由 表示，并用红线表示。

图 5. 新鲜和使用过的 EPR。

随着反应的进行，催化剂硫化程度不断增加，形成硫化程度较高的活性硫物种，金属硫化物Co3S4、Co9S8和富含硫空位的MoS2为催化剂的活性相，其中-S催化剂由于Co和Mo共掺杂硫化形成CoMoS活性相而表现出更优的催化性能。

图 6. H2S 和 CO2co- MoS2-Vs (001) (a) 和 MoS2-Co-Vs (001) (b)。

图 7. (a) 和 (b) 为 MoS2-Co-Vs (001) 表面上 H2S 转化为 COS 的过程。

CO2在MoS2-Vs和MoS2-Co-Vs上吸附的DFT理论计算和电荷密度差分布分析表明，Co掺杂促进了H向CO2的转移。计算结果表明，H2S先发生解离吸附，然后诱导CO2活化形成CS键，进而生成COS。反应路径遵循路径Ⅰ：HO路径，即CO2中C=O双键被活化形成HO键，其中IM2®IM3为速率控制步骤。

概括

本研究报告采用CoMo硫化物催化剂，通过催化转化H2S和CO2为COS，实现酸性气体的资源化利用。研究工作通过热力学计算、催化性能测试、XPS、XAFS等表征分析和DFT计算，分析了反应活性相、反应路径及机理。该工作为化工行业酸性气体的污染减排和碳减排及资源化利用提供了新的思路和可能性。

关于作者

张凤莲博士，中国科学院大学环境材料与污染控制技术研究中心特约研究员，主要从事酸性气体污染控制及硫、碳、氢资源转化利用相关研究，在Appl. Catal. B.、Chem. Eng. J.、J. Mater.等期刊发表SCI论文12篇，参与《环境化学前沿与展望》（科学出版社）一书章节撰写。主持过国家自然科学基金青年项目、山东省重大科技创新项目、中国科学院大学教师能力提升项目等。

蒋国霞博士，中国科学院大学环境材料与污染控制技术研究中心特别研究助理，主要从事酸性气体硫氢资源回收及工业源VOCs检测分析研究，在Appl. Catal. B., J. Mater., Catal. Sci.等期刊发表SCI论文14篇，参与《环境化学前沿与展望》（科学出版社）一书章节撰写。曾获得国家自然科学基金青年项目、中科院特别研究助理项目、中科院大学教师能力提升项目等资助。

郝正平，中国科学院大学教授、博士生导师，环境材料与污染控制技术研究中心主任、VOCs污染控制材料与技术国家工程实验室主任、国家杰出青年科学家基金获得者（2007年）。兼任中国环境保护产业协会理事、废气净化专业委员会主任、ES&T E、CEJ、JHM、J. Rare. Earth等编委。在工业污染物排放、转化反应机理、污染控制材料、减排控制技术等方面取得重要研究成果，开发了一批实用化的污染控制材料和减排技术。发表SCI论文290余篇，授权专利30余项。曾获环保产业科技进步一等奖、全国优秀博士论文指导老师奖、宝洁优秀指导老师奖、卢嘉锡优秀指导老师奖等。

张凤莲、蒋国霞、郝正平团队长期致力于酸性气体资源回收转化利用材料与技术研发，对酸性气体减排与控制有着深刻的认识和思考，此次研究成果的发表是基于多年工作积累和基础。

评论：

重复使用所有，并已从。 2022，Inc

参考：

F.Zhang, Z. Wei, G. Jang, G. Li, M. Zhao, Z. Zhang, J. Cheng, Z. Hao, n 酸性气体（H2S 和 CO2）至：过 - CoMo, B:, 2022, 319, -

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