Modification of Activated Carbon KAU Surface Properties

Abstract

The properties of oxidized activated carbon KAU treated at different temperatures in inert atmosphere were studied by means of DTA, Boehm titration, XPS and AFM methods and their catalytic activity in H2S oxidation was established. Three types of oxygen species exist on carbon catalysts surface. It was shown that their catalytic activity in hydrogen sulfide oxidation correlated with relative content of OH-groups and charged oxygen species on carbons surface (O2.1 and O3.1 oxygen types with BE = 533.2–533.7 and 536.8–537.6 eV, respectively). The sample treated at 1000°C has very high activity in H2S oxidation and transforms up to 57 mmol H2S/g cat at 180°C. The vanadium/carbon KAU samples were prepared by three different methods (incipient wet impregnation and deposition-precipitation by NH4VO3 in aqueous medium, and in acetonitrile with VO(acac)2). It was established that synthesis in organic medium led to preparation of nanodispersed vanadia on carbon surface. The V/C samples were more active in H2S oxidation at 180° C than treated activated carbons. The sample prepared in organic medium had excellent activity in hydrogen sulfide oxidation and oxidized more than 132 mmol H2S/g cat without its deactivation. The formation of surface dense sulfur layer is the reason of catalysts deactivation in H2S selective catalytic oxidation.

Методами ДТА, РФЕС, АСМ та титрування за Бьомом вивчені властивості окисленого активованого вугілля КАУ, термічно модифікованого при різних температурах в інертному середовищі. Каталітична активність синтезованих зразків досліджена в реакції окиснення H2S. На поверхні активованого вугілля встановлено присутність трьох типів кисневмісних частинок. Показано, що каталітична активність зразків в окисненні сірководню корелює з відносним вмістом ОН-груп та заряджених форм кисню на поверхні вугілля (О2.1 та О3.1 тип кисню з Езв. = 533,2-533,7 та 536,8-537,6 еВ, відповідно). Найактивніший зразок, модифікований при температурі 1000ºС, перетворив 57 ммоль H2S/г каталізатора при температурі реакції 180ºС. Зразки V/КАУ синтезовані трьома різними методами (просоченням по вологоємкості та осадженням з водного розчину NH4VO3, а також взаємодією с VO(acac)2 в середовищі ацетонітрилу). Було встановлено, що синтез в органічному середовищі спричиняє утворення нанодисперсних кластерів ванадію на поверхні активного вугілля. Зразки, які містять ванадій, більш активні в порівнянні з термічно модифікованим вугіллям в реакції окиснення H2S при температурі 180ºС. Зразок, синтезований в органічному середовищі, найактивнішій в реакції окиснення сірководню, перетворив більш ніж 132 ммоль H2S/г каталізатора без втрати активності. Покриття поверхні щільним шаром сірки, яка утворюється в результаті реакції, є причиною дезактивації каталізаторів в реакції селективного окиснення H2S.

Методами ДТА, РФЭС, АСМ и титрования по Бёму изучены свойства окисленного активированного угля КАУ, термически модифицированного при различных температурах в инертной атмосфере. Каталитическая активность синтезированных образцов исследована в реакции окисления сероводорода. На поверхности активированного угля установлено присутствие трех типов кислородсодержащих частиц. Показано, что каталитическая активность образцов в окислении сероводорода коррелирует с относительным содержанием ОН-групп и заряженных форм кислорода на поверхности угля (О2.1 и О3.1 тип кислорода с Есв. = 533,2-533,7 и 536,8–537,6 эВ, соответственно). Наиболее активный образец, модифицированный при температуре 1000º С, окислил (превратил) 57 ммоль H2S/г катализатора при температуре реакции 180ºС. Образцы V/КАУ синтезированы тремя различными методами (пропиткой по влагоемкости и осаждением из водного раствора NH4VO3, а также взаимодействием с VO(acac)2 в растворе ацетонитрила). Было установлено, что синтез в органической среде обуславливает образование нанодисперсных кластеров ванадия на поверхности активного угля. Ванадийсодержащие образцы в реакции окисления H2S при температуре 180º С более активны в сравнении с термически модифицированным углем. Образец, синтезированный в органической среде, показал высокую активность в реакции окисления сероводорода, превратив более 132 ммоль H2S/г катализатора без его дезактивации. Покрытие поверхности сплошным слоем образовавшейся серы является причиной дезактивации катализаторов в реакции селективного окисления H2S.