類水滑石衍生鋅基復(fù)合氧化物的硫化再生行為

李俏春，郭恩惠，李陽，米杰，武蒙蒙

（太原理工大學(xué)煤科學(xué)與技術(shù)教育部和山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024）

煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，但在其使用過程中往往會(huì)伴生很多環(huán)境問題，如大氣污染、水體污染等，因此煤炭清潔高效利用是我國建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的關(guān)鍵技術(shù)。在眾多現(xiàn)有技術(shù)之中，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCC）是最高效的方法之一[1-2]，而煤氣化是上述技術(shù)的關(guān)鍵單元。煤氣化過程產(chǎn)生的粗煤氣中含有一定量的硫化氫，若不及時(shí)處理可造成設(shè)備嚴(yán)重腐蝕、催化劑中毒和環(huán)境污染等危害[3]，故煤氣脫硫技術(shù)是IGCC中必不可少的環(huán)節(jié)。脫硫方法目前主要分為濕法脫硫和干法脫硫，與前者相比，后者可達(dá)到較高的脫硫精度。中高溫干法脫硫要通過金屬氧化物與硫化氫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)硫化氫的化學(xué)吸收，可有效利用粗煤氣顯熱，且具有工藝簡單、操作成本低、設(shè)備投資小等特點(diǎn)，因而受到廣泛關(guān)注。

多年來眾多國內(nèi)外學(xué)者致力于中高溫煤氣脫硫劑的研究，目前已開發(fā)的固體脫硫劑已達(dá)上千種，其中對金屬氧化物的研究最為廣泛。在眾多金屬氧化物脫硫劑中，氧化鐵脫硫劑具有來源廣泛且成本低、反應(yīng)速率快、硫容高以及再生性能好等特點(diǎn)，得到廣泛研究使用[4-6]，但其缺點(diǎn)是脫硫精度低，而氧化鋅脫硫劑因其具有較高的脫硫效率與反應(yīng)活性得到廣泛研究應(yīng)用[7-10]。此外，金屬氧化物與硫化氫的反應(yīng)是典型的氣固反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散同時(shí)發(fā)生[4,11]。從熱力學(xué)角度來說，氧化鋅是一種脫硫精度高并且擁有高硫容的脫硫劑，可脫除99.5%以上的硫化氫[12]。近年來，研究人員試圖通過提高化學(xué)反應(yīng)性、降低擴(kuò)散阻力[13-14]來進(jìn)一步改善氧化鋅的脫硫性能。Oh 等[14]發(fā)現(xiàn)，在氧化鋅脫硫劑中摻雜鎳，由于形成新的吸附活性位點(diǎn)增強(qiáng)了脫硫劑對硫化氫的吸附能力，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的脫硫性能。但是由于硫和鋅之間的強(qiáng)親和力，氧化鋅脫硫劑再生只能在650℃以上的溫度下完成[15]，此過程中硫化鋅和氧氣之間的強(qiáng)放熱反應(yīng)會(huì)使活性組分發(fā)生燒結(jié)，造成活性組分聚集，從而影響其再生后性能。而高溫煤氣脫硫劑的再生是其恢復(fù)脫硫性能從而循環(huán)使用的關(guān)鍵步驟，故增強(qiáng)鋅基脫硫劑的熱穩(wěn)定性是解決這一問題的重要基礎(chǔ)。

在實(shí)際應(yīng)用中，以LDH 為前體制備的復(fù)合金屬氧化物表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。Pahalagedara 等[22]以鎳鋁類水滑石為前體，使用F127通過軟模板法合成有序介孔復(fù)合氧化物，在苯甲醛與酸性亞甲基丙二腈的縮合反應(yīng)中表現(xiàn)出良好的催化活性。Yan等[23]以十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為模板劑、以銅鉻類水滑石為前體制備銅鉻復(fù)合氧化物。結(jié)果表明，銅鉻復(fù)合氧化物的結(jié)晶度良好且具有大比表面積，對糠醛加氫成糠醇展現(xiàn)出良好的催化活性，轉(zhuǎn)化率為75%，選擇性高達(dá)86%。Zhao等[24]采用溶劑熱法，以類水滑石為前體合成的均勻球狀鐵酸鎂展現(xiàn)出強(qiáng)二氧化硫吸附能力。Gao 等[25]通過共沉淀法制備鋅/鎳/鋁類水滑石衍生氧化物（HTO）并用于去除羰基硫化物（COS）。結(jié)果表明，Zn/Ni/Al-HTO 具有較高的去除COS 的活性，密度泛函理論計(jì)算表明，Ni3AlO4（001）晶面上存在“許多缺陷”，為化學(xué)反應(yīng)帶來了更多的活性中心。因此，將ZnAl-LDO應(yīng)用于中高溫煤氣脫硫，有可能得到兼具高硫容與熱穩(wěn)定性的脫硫劑，值得進(jìn)一步深入研究。本文作者課題組[26]前期采用共沉淀法制備了鋅鋁類水滑石，并將其焙燒產(chǎn)物類水滑石基鋅鋁氧化物用于中高溫煤氣脫硫，成功制備出一種硫容高、硫化-再生循環(huán)性能優(yōu)良的鋅基脫硫劑，但該脫硫劑多次硫化再生后片狀結(jié)構(gòu)破壞顯著。

基于以上研究，本文擬采用共沉淀法制備一系列摻雜鎳（或鈷）的鋅鎳鋁（鋅鈷鋁）類水滑石衍生復(fù)合氧化物。通過鎳（或鈷）的摻雜，在維持ZnAl-LDO 高硫容的前提下降低再生溫度，減緩活性組分燒結(jié)，促進(jìn)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，得到兼具高硫容與熱穩(wěn)定性的脫硫劑。

1 實(shí)驗(yàn)及表征方法

1.1 樣品制備

本實(shí)驗(yàn)通過共沉淀法制備鋅鎳鋁（鋅鈷鋁）類水滑石衍生復(fù)合氧化物?；禧}溶液按Zn∶Me∶Al（摩爾比） =3x/[4(x+1)]∶3/[4(x+1)]∶0.25 （x=20、10、5，x表示Zn 與Me 的摩爾比，Me 為鎳或鈷）進(jìn)行配制，混合堿溶液按照NaOH∶Na2CO3（摩爾比）=16∶1 進(jìn)行配制。之后在劇烈攪拌下，將所得鹽溶液和堿液緩慢加入裝有50mL 去離子水的三口燒瓶中?？刂品磻?yīng)體系溫度為80℃，滴加速率為1mL/min，pH 在9～11 之間，得到白色懸浮液后停止滴加。繼續(xù)緩慢攪拌30min，隨后，將所得漿液在80℃恒溫水浴下晶化8h，再將其過濾、洗滌至中性，干燥后得到鋅鎳鋁（鋅鈷鋁）類水滑石。將制備的類水滑石在500℃下焙燒，所得樣品即為鋅鎳鋁（鋅鈷鋁）類水滑石衍生復(fù)合氧化物。

1.2 實(shí)驗(yàn)表征

使用Rigaku D/MAX-2500衍射儀對脫硫劑物相進(jìn)行分析，衍射源為銅靶Kα，輻射波長λ=0.154nm，管壓為40kV，管電流為40mA。掃描角度范圍為10°～80°，掃描速率為8°/min。采用掃描電子顯微鏡（SEM）對脫硫劑的微觀表面形貌進(jìn)行觀察。測量加速電壓為20kV。測試前對樣品進(jìn)行噴金處理。

1.3 脫硫再生評價(jià)

本實(shí)驗(yàn)在固定床上對脫硫劑硫化再生性能進(jìn)行考察。硫化反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度500℃，氣氛為模擬煤氣[2000×10-6H2S，18%CO（體積分?jǐn)?shù)，下同），10%H2，5%CO2，N2為平衡氣]，氣速為150mL/min。再生條件為：再生溫度500～700℃，氣氛為氧氣濃度6%，氮?dú)鉃槠胶鈿?，氣速?50mL/min。脫硫劑粒徑為40～60目，用量為0.5g。升溫過程通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣（150mL/min），升溫速率10℃/min。待反應(yīng)溫度到達(dá)指定溫度后切換為同等氣速相應(yīng)氣氛。硫化反應(yīng)出口氣采用氣相色譜儀（GC-950）檢測含硫氣體濃度，再生出口氣采用在線質(zhì)譜儀（HPR-20）檢測所含二氧化硫濃度。此外，為探究溫度對再生過程的影響，在固定床中通入氧氣體積分?jǐn)?shù)為4%的含氧氣氛，分別加入0.2g 硫化后的鋅鋁復(fù)合氧化物、鋅鈷鋁復(fù)合氧化物、鋅鎳鋁復(fù)合氧化物和硫化鋅，以5℃/min 的升溫速率進(jìn)行程序升溫，利用質(zhì)譜檢測反應(yīng)器出口二氧化硫濃度變化情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫硫劑及其前體物相分析

鎳（或鈷）的添加會(huì)影響類水滑石的晶體結(jié)構(gòu)，圖1(a)所示為摩爾比分別為Zn/Me=5、10、20（Me為Co、Ni）的類水滑石XRD譜圖。結(jié)果表明，所 有 的ZnMeAl-LDH 在2θ=11.7°、23.4°、34.5°、39.1°、43.8°、46.6°、52.7°、60.0°、65.4°均出現(xiàn)鋅鋁類水滑石（插層離子為碳酸根離子）[PDF#87-1165]的特征峰，表明添加鎳（或鈷）后鋅鋁類水滑石的晶型結(jié)構(gòu)并未發(fā)生改變，仍維持類水滑石結(jié)構(gòu)。其中，11.5°附近的尖銳衍射峰歸屬于類水滑石的(003)晶面衍射峰。與未引入鎳（或鈷）時(shí)相比，隨著引入量的增加，衍射峰強(qiáng)度隨之減弱，表明增大鎳（或鈷）的添加量會(huì)使類水滑石結(jié)晶度降低，這可能是由層間離子交換及層板間的離子置換引起的[27]。圖1(b)給出了ZnMeAl-LDH 的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)。晶胞參數(shù)a可反映(110)晶面金屬原子的堆積密度；a值隨鎳（或鈷）含量增加而減小，表明層板上正電荷密度增加、層板間作用力增強(qiáng)[26]。晶胞參數(shù)c表示晶胞厚度，c值隨鎳（或鈷）引入量的增加而增大，表明鎳（或鈷）的引入使類水滑石晶胞厚度增大，有利于提升其穩(wěn)定性[28]。此外，ZnMeAl-LDH 的XRD 譜圖中還出現(xiàn)了氧化鋅衍射峰，這可能是由共沉淀過程產(chǎn)生的少量Zn(OH)2在老化過程中形成的[11]。

圖1 鋅鈷鋁類水滑石和鋅鎳鋁類水滑石的XRD譜圖及其分析結(jié)果

將上述類水滑石經(jīng)焙燒即得所需復(fù)合金屬氧化物，其XRD譜圖如圖2(a)所示。結(jié)果表明，所有樣品均在2θ=31.9°、34.6°、36.4°、47.7°、56.8°、66.4°、68.1°和69.3°處出現(xiàn)了氧化鋅[PDF#36-1451]的特征衍射峰，其晶體結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。與未引入鎳（或鈷）時(shí)相比，引入量較低時(shí)衍射峰強(qiáng)度變強(qiáng)且寬度變窄，隨著引入量的增加，衍射峰強(qiáng)度逐漸減弱。這可能是由于引入少量鎳（或鈷）后氧化鋅結(jié)晶度增加，而引入過量的鎳（或鈷）使氧化鋅結(jié)晶度下降。由圖2(b)可知，除Zn(Ni10)Al-LDO 外，ZnO 的(002)晶面與(100)晶面峰強(qiáng)度比（I002/I100）為文獻(xiàn)[29]中棒狀粒子的1.4～1.7倍。其中(002)晶面和(100)晶面分別為極性與非極性面[30-31]。以上結(jié)果表明，ZnMeAl-LDO 具有更多極性面[11]。而極性(002)晶面上容易產(chǎn)生氧空位，有利于ZnAl-LDO對H2S的吸收[31]。此外，在XRD譜圖中未出現(xiàn)其他物質(zhì)的衍射峰，這可能是由于摻雜的鎳（或鈷）進(jìn)入氧化鋅晶格或以非晶態(tài)氧化物形式存在引起的。

圖2 鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和鋅鎳鋁復(fù)合氧化物的XRD譜圖及其分析結(jié)果

2.2 脫硫劑及其前體形貌分析

圖3為不同鎳（或鈷）引入量類水滑石的SEM圖?？梢姡铣傻腖DH 樣品表面有大量相互堆疊的片狀結(jié)構(gòu)；其單片橫向尺寸約為1μm，厚度約為50nm。不同鎳（或鈷）引入量所對應(yīng)的類水滑石形貌基本一致，這表明鎳（或鈷）的引入并未明顯改變鋅鋁類水滑石的形貌結(jié)構(gòu)。圖4為鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和鋅鎳鋁復(fù)合氧化物的SEM 圖，從中可看到大量層次分明的片狀結(jié)構(gòu)堆疊在一起，表明焙燒后的樣品仍保持類水滑石原有的片狀結(jié)構(gòu)；這種片狀結(jié)構(gòu)可在脫硫過程中為硫化氫與活性組分反應(yīng)提供較大的接觸面積。

圖3 鋅鈷鋁類水滑石和鋅鎳鋁類水滑石的SEM圖

圖4 鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和鋅鎳鋁復(fù)合氧化物的SEM圖

2.3 脫硫劑硫化性能

在固定床評價(jià)裝置上考察了所制備鋅鈷鋁復(fù)合金屬氧化物與鋅鎳鋁復(fù)合金屬氧化物的煤氣脫硫性能，其穿透曲線和硫容如圖5和圖6所示。結(jié)果表明，隨著鈷引入量的增加，脫硫劑的穿透時(shí)間（BT，min）和穿透硫容（BS，%）隨之減小。與同條件下制備的鋅鋁復(fù)合氧化物（BT，340min；BS，26.8%）相比，穿透時(shí)間縮短5%～11%，硫容也相應(yīng)降低1%～5%。鋅鎳鋁復(fù)合金屬氧化物的脫硫性能也同樣受鋅鎳摩爾比影響，隨著鎳引入量的增加，脫硫劑的穿透時(shí)間和穿透硫容相應(yīng)減小，穿透時(shí)間縮短6%～16%，硫容相應(yīng)下降4%～6%。其中當(dāng)鋅鈷摩爾比為20 時(shí)，脫硫性能最優(yōu)（BT，324min；BS，25.4%）；鋅鎳摩爾比為20 時(shí)，穿透時(shí)間（BT，320min）最長、硫容（BS，25.1%）最大，與未引入鎳和鈷時(shí)相比硫容基本保持不變。

圖5 鋅鈷鋁復(fù)合氧化物的穿透曲線和硫容圖

硫化氫與金屬氧化物的反應(yīng)本質(zhì)上是氧硫置換反應(yīng)，即由離子半徑較大的硫離子（0.184nm）替換離子半徑較小的氧離子（0.140nm），此過程中可能會(huì)由于活性組分體積膨脹破壞脫硫劑的結(jié)構(gòu)與形貌。圖7 為Zn(Co20)Al-LDO、Zn(Ni20)Al-LDO 及ZnAl-LDO硫化后的SEM圖。結(jié)果表明，盡管硫化后的樣品表面變得粗糙，但依然保持了類水滑石衍生氧化物片狀結(jié)構(gòu)，說明其結(jié)構(gòu)在硫化過程中保持穩(wěn)定；而鋅鋁復(fù)合氧化物在硫化后其片狀結(jié)構(gòu)被破壞，再生后也難以恢復(fù)原有片狀結(jié)構(gòu)[26]。以上結(jié)果表明，摻雜鎳（或鈷）有助于類水滑石衍生氧化物在高溫硫化過程中維持片狀結(jié)構(gòu)，從而提高脫硫劑穩(wěn)定性。

綜合以上研究結(jié)果，摻雜鎳或鈷在保持脫硫劑高硫容的基礎(chǔ)上，維持其主體結(jié)構(gòu)在高溫強(qiáng)還原性煤氣環(huán)境中不被破壞，表明鋅鎳鋁復(fù)合氧化物和鋅鈷鋁復(fù)合氧化物具備較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這有利于脫硫劑的再生和循環(huán)使用。

2.4 脫硫劑再生性能

脫硫劑再生過程是一個(gè)放熱過程，溫度的選擇一方面決定著再生是否可以發(fā)生，另一方面影響再生后的孔結(jié)構(gòu)，且局部溫度過高會(huì)造成活性組分燒結(jié)。脫硫劑再生過程中出口二氧化硫信號(hào)變化如圖8所示，硫化鋅和鋅鋁復(fù)合氧化物硫化樣的曲線峰值分別位于637℃和600℃左右，而鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和鋅鎳鋁復(fù)合氧化物硫化樣的峰值分別為583℃和580℃。這表明鎳（或鈷）的引入有助于降低氧化鋅脫硫劑的再生溫度。

圖8 再生過程中SO2MS信號(hào)變化

為進(jìn)一步探究溫度對再生過程的影響，在固定床反應(yīng)器中通入4%氧氣氣氛，分別在500℃、550℃、600℃、650℃、700℃下考察鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和鋅鎳鋁復(fù)合氧化物的再生性能。圖9為鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和鋅鎳鋁復(fù)合氧化物的MS譜圖，其中曲線積分面積（IA）越大表明二氧化硫釋放量越高。從鋅鈷鋁復(fù)合氧化物再生曲線可以看出，與600℃相比，500℃對應(yīng)的IA降低約88.9%。在120s（2min）附近存在一個(gè)較弱的峰，在780s（13min）左右消失，表明只有少部分硫化物被氧化再生，大部分硫化物幾乎沒有參與反應(yīng)。此現(xiàn)象與較低溫度下的低反應(yīng)速率有關(guān)。再生溫度由500℃升至550℃后IA增加約300%，這表明升溫有利于提高再生反應(yīng)速率。當(dāng)再生溫度達(dá)到600℃時(shí)，此時(shí)IA達(dá)到最大值。當(dāng)再生溫度繼續(xù)升高至650℃和700℃時(shí)，IA較600℃時(shí)分別下降4%和5%；較高的再生溫度和再生反應(yīng)（強(qiáng)放熱反應(yīng)）放出的熱量可使活性組分燒結(jié)，這可能是造成IA 下降的主要原因。同樣，鋅鎳鋁復(fù)合氧化物再生曲線也表現(xiàn)出與鋅鈷鋁復(fù)合氧化物相似的變化規(guī)律。再生溫度為600℃時(shí)，再生曲線積分面積最大。與500℃下的再生曲線相比，600℃的IA 約增長200%。進(jìn)一步升高至650℃和700℃，與600℃相比IA分別下降2%和4%?？梢?，溫度較低時(shí)，再生速率低，再生效果差；溫度過高時(shí)，會(huì)造成脫硫劑內(nèi)部發(fā)生燒結(jié)，不利于再生。因而鋅鎳鋁復(fù)合氧化物和鋅鈷鋁復(fù)合氧化物的最佳再生溫度均為600℃。與實(shí)驗(yàn)室前期所制備的未引入鎳（或鈷）的鋅鋁類水滑石衍生鋅基復(fù)合金屬氧化物脫硫劑[26]相比，在保持其高硫容的基礎(chǔ)上，脫硫劑最佳再生溫度由650℃降低至600℃。此外，與介孔分子篩為載體的負(fù)載型ZnO/MCM-41[15]脫硫劑相比，脫硫劑硫容顯著提高（約1.27 倍），最佳再生溫度由650℃降低至600℃。表明合成的具有片狀堆積結(jié)構(gòu)的鎳（或鈷）摻雜類水滑石衍生鋅基復(fù)合金屬氧化物在保持鋅基脫硫劑高硫容的同時(shí)顯著降低了再生溫度，減弱了活性組分燒結(jié)。

圖9 不同溫度下鋅鈷鋁復(fù)合氧化物與鋅鎳鋁復(fù)合氧化物硫化樣再生過程中SO2的MS信號(hào)變化

圖10 為鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和鋅鎳鋁復(fù)合氧化物硫化樣在不同溫度下再生后的XRD 譜圖。由圖10可知，鋅鈷鋁復(fù)合氧化物硫化樣在500℃下再生后仍可觀察到明顯的硫化鋅的特征衍射峰，且未發(fā)現(xiàn)氧化鋅的衍射峰，這表明脫硫劑中硫化鋅基本未被氧化。鋅鎳鋁復(fù)合氧化物脫硫劑500℃和550℃下再生后均可同時(shí)觀察到硫化鋅和氧化鋅的XRD衍射峰，這從側(cè)面表明相應(yīng)溫度下硫化物與氧氣的反應(yīng)速率較慢，再生性能較差。當(dāng)溫度升至600℃、650℃、700℃時(shí)，鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和鋅鎳鋁復(fù)合氧化物再生樣中僅觀察到氧化鋅的特征衍射峰，這與較高溫度下再生速率較快有關(guān)。

圖10 不同再生溫度下(a)鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和(b)鋅鎳鋁復(fù)合氧化物脫硫劑的XRD譜圖

2.5 脫硫劑硫化再生循環(huán)性能

再生循環(huán)穩(wěn)定性是評價(jià)脫硫劑性能的重要指標(biāo)。圖11為鋅鈷鋁復(fù)合氧化物4次硫化再生循環(huán)的穿透曲線和硫容圖。與新鮮樣相比，鋅鈷鋁復(fù)合氧化物經(jīng)過一次再生后，硫容和穿透時(shí)間有略微的增加，第二次硫化硫容可達(dá)25.62%。其原因可能是在硫化過程中，體積較大的硫原子取代了體積較小的氧原子，擴(kuò)大了層間距離，再次經(jīng)過再生后，活性組分體積縮小，形成了更多的孔結(jié)構(gòu)，提高了硫化過程中硫化氫的傳質(zhì)效率。在之后的硫化再生循環(huán)過程中，硫容和穿透時(shí)間出現(xiàn)了小幅下降，但下降程度很小，基本上保持穩(wěn)定。圖12 為鋅鎳鋁復(fù)合氧化物4 次硫化再生循環(huán)的穿透曲線和硫容圖。經(jīng)過兩次硫化，硫容和穿透時(shí)間同樣略微增長。在之后的硫化再生循環(huán)中，與鋅鈷鋁復(fù)合氧化物硫化再生循環(huán)中變化趨勢一致。

圖11 鋅鈷鋁復(fù)合氧化物硫化-再生循環(huán)的硫化曲線和硫容圖

圖12 鋅鎳鋁復(fù)合氧化物硫化-再生循環(huán)的硫化曲線和硫容圖

圖13 結(jié)果表明，與新鮮樣相比，經(jīng)過一次再生后樣品的形貌基本維持不變，存在明顯相互堆疊交叉的片狀結(jié)構(gòu)，表明經(jīng)過再生后脫硫劑可以恢復(fù)其原有結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，經(jīng)過4 次硫化-再生后，由于多次硫化與再生反應(yīng)均在高溫下進(jìn)行，并且硫化反應(yīng)與再生反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，導(dǎo)致部分樣品出現(xiàn)了一定程度的燒結(jié)，使得表面變得粗糙，但4次硫化與再生樣整體上仍與新鮮樣主體結(jié)構(gòu)一致，存在明顯的片狀結(jié)構(gòu)。而未引入鎳（或鈷）的鋅鋁類水滑石衍生氧化物，其片狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過一次硫化與再生后遭到破壞且基本消失，4次再生后基本觀察不到片狀結(jié)構(gòu)。以上結(jié)果表明，引入鎳（或鈷）可增強(qiáng)復(fù)合氧化物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其在多次硫化再生中保持穩(wěn)定，從而提高脫硫劑性能的穩(wěn)定性。綜上，鋅鈷鋁復(fù)合氧化物和鋅鎳鋁復(fù)合氧化物可經(jīng)受多次硫化再生循環(huán)帶來的不利影響，且仍保持較高的硫容（24.0%～25.4%），具有較大的應(yīng)用潛力。

圖13 硫化-再生循環(huán)中樣品的SEM圖

3 結(jié)論

通過共沉淀法制備了一系列鋅鎳鋁（鋅鈷鋁）類水滑石衍生復(fù)合氧化物。通過XRD、SEM 對脫硫劑及其前體的物相組成與形貌織構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鎳（或鈷）摻雜后脫硫劑的主要晶相仍為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，且鎳（或鈷）的引入并未明顯改變鋅鋁復(fù)合氧化物及其類水滑石前體的形貌結(jié)構(gòu)。在固定床上進(jìn)行硫化與再生性能考察，硫化結(jié)果表明，鎳（或鈷）的摻雜基本可以維持鋅鋁類水滑石衍生復(fù)合氧化物優(yōu)異的硫化性能（BT，324min；BS，25.4%）。再生結(jié)果表明，與鋁相比，鎳（或鈷）的離子半徑和鋅相差小，摻雜更利于實(shí)現(xiàn)原子水平的混合，進(jìn)而有效降低硫化鋅的再生溫度（分別降低60℃和53℃）。使用SEM對硫化樣和再生樣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)多次硫化與再生過程中脫硫劑片狀結(jié)構(gòu)基本未被破壞，表明摻雜后顯著提高了脫硫劑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這也是循環(huán)過程中脫硫劑性能穩(wěn)定的主要原因之一。綜上所述，鎳（或鈷）的摻雜在基本維持優(yōu)異的硫化性能的同時(shí)，降低了脫硫劑的再生溫度，使脫硫劑在多次硫化再生循環(huán)過程中表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。