Removing carbonyl sulfide with metal-modified activated carbon

Abstract

A Cu-Co-K/activated carbon (AC) adsorbent has been developed for the removal of carbonyl sulfide (COS). The effects of COS concentration, reaction temperature and relative humidity were closely examined. A breakthrough of 33.23 mg COS·g⁻¹ adsorbent at 60°C, under 30% relative humidity and in presence of 1.0% oxygen was exhibited in the Cu-Co-K/AC adsorbent prepared. Competitive adsorption studies for COS in the presence of CS₂, and H₂S were also conducted. TPD analysis was used to identify sulfur-containing products on the carbon surface, and the results indicated that H₂S, COS and SO₂ were all evident in the effluent gas generated from the exhausted Cu-Co-K/AC. Structure of the activated carbon samples has been characterized using nitrogen adsorption, and their surface chemical structures were also determined with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It turns out that the modification with Cu(OH)₂CO₃-CoPcS-KOH can significantly improve the COS removal capacity, forming \mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-} species simultaneously. Regeneration of the spent activated carbon sorbents by thermal desorption has also been explored.

Keywords

carbonyl sulfide / activated carbon / removal / reactive adsorption

References

[1] Rhodes C, Riddel S A, West J, Williams B P, Hutchings G J. The low-temperature hydrolysis of carbonyl sulfide and carbon disulfide: a review. Catalysis Today, 2000, 59(3–4): 443–464

[2] Wang H Y, Yi H H, Ning P, Tang X L, Yu L L, He D, Zhao S. Calcined hydrotalcite-like compounds as catalysts for hydrolysis carbonyl sulfide at low temperature. Chemical Engineering Journal, 2011, 166(1): 99–104

[3] Williams B P, Young N C, West J, Rhodes C, Hutchings G J. Carbonyl sulphide hydrolysis using alumina catalysts. Catalysis Today, 1999, 49(1–3): 99–104

[4] Svoronos P D N, Bruno T J. Carbonyl sulfide: a review of its chemistry and properties. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2002, 41(22): 5321–5336

[5] Hinderaker G, Sandal O C. Absorption of carbonyl sulfide in aqueous diethanolamine. Chemical Engineering Science, 2000, 55(23): 5813–5818

[6] Wang L, Wang S D, Yuan Q, Lu G Z. COS hydrolysis in the presence of oxygen: Experiment and modeling. Journal of Natural Gas Chemistry, 2008, 17(1): 93–97

[7] Liu Y C, He H, Mu Y J. Heterogeneous reactivity of carbonyl sulfide on α-Al₂O₃ and g-Al₂O₃. Atmospheric Environment, 2008, 42(5): 960–969

[8] Zhang Y Q, Xiao Z B, Ma J X. Hydrolysis of carbonyl sulfide over rare earth oxysulfides. Applied Catalysis B: Environmental, 2004, 48(1): 57–63

[9] Huang H M, Young N, Williams B P, Taylor S H, Hutchings G. COS hydrolysis using zinc-promoted alumina catalysts. Catalysis Letters, 2005, 104(1–2): 17–21

[10] Yi H H, Wang H Y, Tang X L, Ning P, Yu L L, He D, Zhao S Z. Effect of calcination temperature on catalytic hydrolysis of COS over CoNiAl catalysts derived from hydrotalcite precursor. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2011, 50(23): 13273–13279

[11] Toops T J, Crocker M. New sulfur adsorbents derived from layered double hydroxides II. DRIFTS study of COS and H₂S adsorption. Applied Catalysis B: Environmental, 2008, 82(3–4): 199–207

[12] Huang H M, Young N, Williams B P, Taylor S H, Hutchings G. High temperature COS hydrolysis catalysed by g-Al₂O₃. Catalysis Letters, 2006, 110(3–4): 243–246

[13] Jackson S D, Leeming P, Webb G. Supported metal catalysts: Preparation, characterisation, and function IV. Study of hydrogen sulphide and carbonyl sulphide adsorption on platinum catalysts. Journal of Catalysis, 1996, 160(2): 235–243

[14] Wang X Z, Ding L, Zhao Z B, Xu W Y, Meng B, Qiu J H. Novel hydrodesulfurization nano-catalysts derived from Co₃O₄ nanocrystals with different shapes. Catalysis Today, 2011, 175(1): 509–514

[15] Thomas B, Williams B P, Young N, Rhodes C, Hutchings G J. Ambient temperature hydrolysis of carbonyl sulfide using g-alumina catalysts: effect of calcination temperature and alkali doping. Catalysis Today, 2003, 86(4): 201–205

[16] Sparks D E, Morgan T, Patterson P M, Tackett S A, Morris E, Crocker M. New sulfur adsorbents derived from layered double hydroxides I: Synthesis and COS adsorption. Applied Catalysis B: Environmental, 2008, 82(3–4): 190–198

[17] Sakanishi K, Wu Z H, Matsumura A, Saito I, Hanaoka T, Minowa T, Tada M, Iwasaki T. Simultaneous removal of H₂S and COS using activated carbons and their supported catalysts. Catalysis Today, 2005, 104(1): 94–100

[18] Sattler M L, Rosenberk R S. Removal of carbonyl sulfide using activated carbon adsorption. Journal of the Air & Waste Management Association, 2006, 56(2): 219–224

[19] Wang X, Ning P, Shi Y, Jiang M. Adsorption of low concentration phosphine in yellow phosphorus off-gas by impregnated activated carbon. Journal of Hazardous Materials, 2009, 171(1–3): 588–593

[20] Huang C C, Chen C H, Chu S M. Effect of moisture on H₂S adsorption by copper impregnated activated carbon. Journal of Hazardous Materials, 2006, 136(3): 866–873

[21] Li J, Li Z, Liu B, Xia Q B, Xi H X. Effect of relative humidity on adsorption of formaldehyde on modified activated carbons. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2008, 16(6): 871–875

[22] Masuda J J, Fukuyama J J, Fujii S. Influence of concurrent substances on removal of hydrogen sulfide by activated carbon. Chemosphere, 1999, 39(10): 1611–1616

[23] Cui H, Turn S Q. Adsorption/desorption of dimethylsulfide on activated carbon modified with iron chloride. Applied Catalysis B: Environmental, 2009, 88(1–2): 25–31

[24] Yi H H, He D, Tang X L, Wang H Y, Zhao S Z, Li K. Effects of preparation conditions for active carbon-based catalyst on catalytic hydrolysis of carbon disulfide. Fuel, 2012, 97: 337–343

[25] Wang X Q, Qiu J, Ning P, Ren X G, Li Z Y, Yin Z F, Chen W, Liu W. Adsorption/desorption of low concentration of carbonyl sulfide by impregnated activated carbon under micro-oxygen conditions. Journal of Hazardous Materials, 2012, 229–230: 128–136

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg