从铝铬渣中合成的Cr-Al?O?催化剂能够在低温下有效分解CH?SH

《Applied Ocean Research》：The synthetized Cr-Al 2O 3 catalysts from aluminum-chromium slag for the effective decomposition of CH 3SH at low temperatures

铝铬渣中铝和铬元素提取合成Cr-Al2O3催化剂并改性为Cr-Al2O3-P123，用于甲基 mercaptan（CH3SH）低温高效催化分解，实现100%转化率（375℃）。研究表明P123促进氧空位和Cr6+形成，协同效应增强催化活性并抑制积碳，原位DRIFT证实反应路径为CH3SH→CH3SCH3→H2S+CH4，失活主因是Cr6+减少及碳硫沉积。该研究为铝铬渣资源化及VOCs治理提供新方案。

　　在当今社会，随着工业活动日益频繁，环境污染问题愈发严峻。其中，金属冶炼过程中产生的废弃物成为亟待解决的重要课题。铝铬渣（Aluminium-chromium slag, ACS）作为一种典型的含铬固体废弃物，因其在长期堆积过程中可能释放出高毒性的六价铬，对生态环境和居民健康构成严重威胁。因此，如何有效地管理和利用铝铬渣，不仅关乎资源的可持续利用，也直接影响环境治理的成效。

铝铬渣的资源化利用目前主要集中在耐火材料领域，然而这一过程存在诸多局限。例如，为了提高铬金属的产量，生产过程中需要加入大量的助熔石灰，这不仅增加了铝铬渣中其他杂质的含量，导致耐火材料的生产成本上升，同时也削弱了其对酸性气体侵蚀的能力。此外，随着环保标准的不断提高，铝铬渣基耐火材料的发展受到一定限制。因此，探索铝铬渣的高效利用方式成为当前研究的热点之一。

铝铬渣中含有丰富的铝和铬元素，这些元素是生产铝合金、氧化铝以及铬基催化剂的关键原料。因此，从铝铬渣中提取铝和铬元素，用于制备铬铝材料，并将其应用于工业生产，被认为是一种高效的资源利用方式。特别是在有机硫化物的处理方面，铬铝材料因其良好的氧化还原性能、酸碱性能和热稳定性而备受关注。例如，已有研究表明，六价铬物种在铬铝氧化物催化剂表面是甲基硫醇（CH?SH）分解的活性中心，并且在特定条件下可以实现甲基硫醇的完全分解。

然而，现有的铬铝氧化物催化剂通常使用铬硝酸盐作为前驱体，这不仅增加了催化剂的生产成本，还可能在催化剂使用后带来新的环境污染问题。因此，探索从铝铬渣中提取铝和铬元素，制备铬铝氧化物催化剂，并将其用于甲基硫醇的分解，不仅有助于解决甲基硫醇污染问题，还可以避免新污染的产生，实现真正的绿色循环利用。

在这一背景下，研究团队提出了一种新的方法，通过从铝铬渣中提取铝和铬元素，制备铬铝氧化物催化剂，并在催化剂中引入P123（一种三嵌段共聚物）以调节铬物种的价态。这种方法不仅提高了催化剂的性能，还增强了其稳定性。研究表明，P123的引入有助于形成具有强氧化还原特性的氧空位和六价铬物种，这些结构在催化过程中起到了关键作用。同时，氧空位还能减缓催化剂表面碳沉积的速度，从而延长催化剂的使用寿命。

为了验证这种方法的有效性，研究团队对催化剂的性能进行了系统的测试和评估。通过对比不同催化剂的催化活性，研究发现，引入P123的铬铝氧化物催化剂在较低的温度下（375℃）即可实现甲基硫醇100% 的转化率，这一性能优于传统的铬铝氧化物催化剂和已报道的其他催化剂。此外，通过实时漫反射红外光谱（In-situ DRIFT）技术，研究团队进一步揭示了甲基硫醇在催化剂表面分解的具体路径。实验结果表明，甲基硫醇首先被转化为中间产物甲基二硫化物（CH?SCH?），随后该中间产物被进一步分解为硫化氢（H?S）和甲烷（CH?）。

为了进一步理解催化剂的失活机制，研究团队对催化剂在稳定反应后表面碳沉积的情况进行了分析。结果表明，催化剂失活的主要原因是六价铬物种的减少以及碳和硫在催化剂表面的沉积。因此，通过优化催化剂的设计，如合理调控铬物种的价态，可以有效提高催化剂的稳定性和使用寿命。

为了确保催化剂的质量和性能，研究团队采用了一系列先进的表征技术，包括电感耦合等离子体光谱（ICP-OES）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、氢气程序升温还原（H?-TPR）、紫外-可见光谱（UV–Vis）、电子顺磁共振（EPR）以及氧气程序升温脱附（O?-TPD）等。这些技术的应用有助于全面了解催化剂的组成、结构以及表面特性，从而为催化剂的优化提供科学依据。

综上所述，该研究不仅提出了从铝铬渣中提取铝和铬元素的新方法，还通过引入P123调控铬物种的价态，提高了铬铝氧化物催化剂的性能和稳定性。这种方法在甲基硫醇的分解过程中表现出优异的催化效果，同时避免了新污染的产生，为铝铬渣的资源化利用和环境污染治理提供了新的思路和解决方案。未来，随着相关技术的不断进步，铝铬渣的高效利用有望在更广泛的工业领域中得到应用，从而实现资源的循环利用和环境的可持续发展。