N-Doped 3D Mesoporous Carbon/Carbon Nanotubes Monolithic Catalyst for H2S Selective Oxidation

催化作用 介孔材料 烟气脱硫 整体 材料科学 碳纳米管 碳纤维 化学工程 硫黄 比表面积 选择性 活性炭 无机化学 吸附 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 冶金 工程类 复合数
作者
Shiyan Li,Yuefeng Liu,Huimin Gong,Kuang‐Hsu Wu,Housseinou Ba,Cuong Duong‐Viet,Chengfa Jiang,Cuong Pham‐Huu,Dangsheng Su
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:2 (6): 3780-3792 被引量:58
标识
DOI:10.1021/acsanm.9b00654
摘要

The post-Claus selective catalytic oxidation of H2S reaction in a continuous mode is demonstrated on N-doped 3D mesoporous carbon/carbon nanotube (N-C/CNT) monoliths at a reaction temperature higher than the dew point (>180 °C) of elemental sulfur. The N-C/CNT monoliths display a hierarchical open porous framework (an interconnected macroporous–mesoporous network) with abundant active nitrogen species at the surface and controlled macroscopic size and shape which represent prerequisites for operating in gas-phase reactions. Physical parameters such as pore size, structural defects, and surface chemical properties are investigated, and the structure–performance relationship for the selective oxidation of H2S is discussed. The optimized monolith catalyst (N-C/CNT800450) shows an outstanding desulfurization activity in terms of the sulfur formation rate (449 gsulfur kgcat.–1 h–1), stability (for more than 120 h on-stream time), and selectivity (81.6% sulfur selectivity), which outperforms the current state-of-the-art Fe2O3/SiC catalyst and other reported carbon-based catalyst. Moreover, a superior desulfurization activity could be achieved under either water steam (30 vol %) or dry conditions. Our results show that the excellent catalytic desulfurization performance of our monolithic carbon catalyst could be attributed to a combination of the hierarchical interconnected porous framework and the high active nitrogen species density at the exposed carbon surface.
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