CN113996278A - 一种硫化钼镍/石墨烯复合体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种硫化钼镍/石墨烯复合体及其制备方法。本发明属于加氢脱硫催化剂领域。本发明的目的是为了解决现有加氢脱硫催化剂催化性能不高的技术问题。本发明的一种硫化钼镍/石墨烯复合体由石墨烯片层和堆垛在石墨烯片层上的硫化钼镍片晶组成。制备方法:步骤1:将聚乙烯亚胺溶液滴加到氧化石墨分散液中,搅拌反应过夜,得到改性氧化石墨水溶液;步骤2:将磷钼酸和硝酸镍分散于去离子水中,然后滴加到改性氧化石墨水溶液中,水热反应,烘干,得到复合体前驱体;步骤3:于管式炉中在硫化氢/氢气混合气氛中加热处理,得到硫化钼镍/石墨烯复合体,该复合体片层之间接触紧密,少层的、片晶长度短的硫化钼镍均匀分散在石墨烯上,加氢脱硫性能卓越。
Description
技术领域
本发明属于加氢脱硫催化剂领域,具体涉及一种硫化钼镍/石墨烯复合体及其制备方法。
背景技术
当前,二次加工汽柴油产品中的硫含量越来越高。加之我国目前要求车用燃料中硫含量不得高于10ppm。如何实现由劣质原料生产硫含量满足现行国家标准要求的车用燃料引起了人们的广泛关注。加氢脱硫仍是目前最高效的燃油脱硫方式,其催化性能主要依赖于加氢脱硫催化剂的设计。目前工业加氢脱硫催化剂是Mo-Ni-S/Al2O3,虽然Al2O3具有成本低、成型性能好等优点,但是Al2O3与Mo,Ni金属相互作用太强容易生成难以还原的Al-O-Mo键和NiAl2O4尖晶石结构,限制了其催化性能的进一步提高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有加氢脱硫催化剂催化性能不高的技术问题,而提供一种硫化钼镍/石墨烯复合体及其制备方法。
本发明的一种硫化钼镍/石墨烯复合体由石墨烯片层和堆垛在石墨烯片层上的硫化钼镍片晶组成。
进一步限定,所述硫化钼镍片晶长度为3nm~5nm,堆垛层数为1~2层。
本发明的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法按以下步骤进行:
步骤1:将氧化石墨和聚乙烯亚胺分别超声分散于去离子水中,分别得到氧化石墨分散液和聚乙烯亚胺溶液,然后将聚乙烯亚胺溶液滴加到氧化石墨分散液中,搅拌反应过夜,离心洗涤后,收集固相重新分散于去离子水中,得到改性氧化石墨水溶液;
步骤2:将磷钼酸和硝酸镍分散于去离子水中,得到混合液,将混合液滴加到步骤1得到的改性氧化石墨水溶液中,搅拌过夜,然后转入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中进行水热反应,反应结束后收集固相,烘干,得到复合体前驱体;
步骤3:将复合体前驱体于管式炉中在硫化氢/氢气混合气氛中加热处理,得到硫化钼镍/石墨烯复合体。
进一步限定,步骤1中所述氧化石墨与聚乙烯亚胺的质量比为1:(0.5~1.5)。
进一步限定,步骤1中所述氧化石墨分散液中氧化石墨的质量与去离子水的体积的比为0.2g:(40~60)mL。
进一步限定,步骤1中所述聚乙烯亚胺溶液中聚乙烯亚胺的质量与去离子水的体积的比为0.2g:(40~60)mL。
进一步限定,步骤2中所述磷钼酸与硝酸镍的钼镍摩尔比为3:(1~3)。
进一步限定,步骤2中所述混合液中磷钼酸的质量与去离子水的体积的比为0.04g:(15~25)mL。
进一步限定,步骤2中所述磷钼酸与改性氧化石墨水溶液中的氧化石墨的质量比为1:(1~5)。
进一步限定,步骤2中所述水热反应的温度为160~200℃,时间为10h~18h。
进一步限定,步骤2中所述烘干的温度为40~80℃,时间为10h~15h。
进一步限定,步骤3中所述硫化氢/氢气混合气氛中硫化氢与氢气的体积比为1:(8~11)。
进一步限定,步骤3中所述加热处理的温度为360~450℃,时间为1.5h~2.5h。
本发明与现有技术相比具有的显著效果:
1)本发明的改性氧化石墨与PMo12离子簇有效地结合形成PMo12/PEI-GO复合物,经水热和硫化后形成分散性良好的Mo-Ni-S/RGO结构,Mo-Ni-S结构具有优良的加氢脱硫性能。而石墨烯基底由于其良好的传质传荷特点,进一步增加了硫化钼镍活性相的催化活性。
2)本发明的Mo-Ni-S/RGO复合体是由石墨烯和硫化钼镍片晶组装而成,片层之间接触紧密,少层的、片晶长度短的硫化钼镍均匀分散在石墨烯上,表现出卓越的燃油加氢脱硫性能。应用其作为加氢脱硫催化剂,降低了加氢脱硫反应的活化能,具有良好的低温加氢脱硫催化活性。该Mo-Ni-S/RGO复合体在320℃,80h-1的质量空速下,可将燃油中的硫含量由1700ppm降至10ppm以下,其催化加氢脱硫反应速率常数是工业催化剂的4.3倍,并且在经过80h的稳定性测试后,性能没有明显的下降,说明该Mo-Ni-S/RGO复合体具有很好的催化燃油脱硫性能和催化稳定性。
3)本发明采用的还原方式为水热还原,无需外加还原组分,对环境无污染,基底-金属比例容易调控,可以通过改变石墨烯-金属,钼-镍比例调整其金属担载量和硫化钼镍结构。
附图说明
图1为实施例1得到的硫化钼镍/石墨烯复合体的X射线衍射分析图;
图2为实施例1得到的硫化钼镍/石墨烯复合体的扫描电子显微镜图;
图3为实施例1得到的硫化钼镍/石墨烯复合体的透射电子显微镜图;
图4为实施例1得到的硫化钼镍/石墨烯复合体的加氢脱硫性能柱形图;
图5为实施例1得到的硫化钼镍/石墨烯复合体的加氢脱硫反应稳定性曲线图。
具体实施方式
实施例1:本实施例的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法按以下步骤进行:
步骤1:将0.2g氧化石墨和0.2g聚乙烯亚胺分别超声分散于50mL去离子水中,分别得到氧化石墨分散液和聚乙烯亚胺溶液,然后将聚乙烯亚胺溶液滴加到氧化石墨分散液中,搅拌反应24h,离心洗涤后,收集固相重新分散于50mL去离子水中,得到改性氧化石墨水溶液;
步骤2:将0.04g磷钼酸和0.026g硝酸镍分散于20mL去离子水中,得到混合液,将混合液滴加到步骤1得到的改性氧化石墨水溶液中,搅拌24h,然后转入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中于180℃下水热反应12h,反应结束后收集固相,于60℃下烘干12h,得到复合体前驱体;
步骤3:将复合体前驱体于管式炉中在硫化氢/氢气(v:v=1~9)混合气氛中于400℃下加热处理2h,得到硫化钼镍/石墨烯复合体。
本实施例制备的硫化钼镍/石墨烯复合体的X射线衍射分析图如图1所示,从图中可以看出,制备的Mo-Ni-S/RGO材料为石墨烯和硫化钼镍的复合结构,其中镍原子掺杂到硫化钼结构中形成硫化钼镍结构。
本实施例制备的硫化钼镍/石墨烯材料的扫描电子显微镜图如图2所示,从图中可以看出,制备的硫化钼镍/石墨烯材料保持了石墨烯基底的二维片层结构。
本实施例制备的硫化钼镍/石墨烯材料的透射电子显微镜图如图3所示,从图中可以看出,制备的硫化钼镍/石墨烯材料的硫化钼镍片晶长度在4nm左右,堆垛层数以1-2层为主。
本实施例制备的硫化钼镍/石墨烯材料的加氢脱硫性能测试过程如下:
将0.075g实施例1得到的催化剂装填于固定床反应器的恒温区,在55mL/min的氢气气流中加热至320℃,利用液相泵通入1wt.%的二苯并噻吩/十氢萘反应液,质量空速为80h-1,反应稳定之后利用气相色谱评价反应液中的硫含量计算催化剂的脱硫性能,结果如图4所示,从图中可以看出,实施例1得到的催化剂催化加氢脱硫转化率约为99.6%,加氢脱硫反应速率常数达到48.6x10-7 mol.g-1.s-1,其催化加氢脱硫效率是工业Mo-Ni-S/Al2O3催化剂的4.3倍。
本实施例制备的硫化钼镍/石墨烯材料的加氢脱硫反应稳定性测试过程如下:
在反应温度为320℃,质量空速为80h-1的条件下测试了实施例1所得到的催化剂催化加氢脱硫反应的稳定性,每隔5个小时收集一次反应产物并利用气相色谱评价反应产物中的硫含量和产物选择性,稳定性测试时长为80h,结果如图5所示,从图中可以看出,经过80h的连续反应,实施例1所得到的催化剂并没有出现明显的失活和反应选选择性的波动,说明其具有良好的催化稳定性。
实施例2:本实施例的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法按以下步骤进行:
步骤1:将0.16g氧化石墨和0.16g聚乙烯亚胺分别超声分散于50mL去离子水中,分别得到氧化石墨分散液和聚乙烯亚胺溶液,然后将聚乙烯亚胺溶液滴加到氧化石墨分散液中,搅拌反应24h,离心洗涤后,收集固相重新分散于50mL去离子水中,得到改性氧化石墨水溶液;
步骤2:将0.04g磷钼酸和0.026g硝酸镍分散于20mL去离子水中,得到混合液,将混合液滴加到步骤1得到的改性氧化石墨水溶液中,搅拌24h,然后转入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中于180℃下水热反应12h,反应结束后收集固相,于60℃下烘干12h,得到复合体前驱体;
步骤3:将复合体前驱体于管式炉中在硫化氢/氢气(v:v=1:9)混合气氛中于400℃下加热处理2h,得到硫化钼镍/石墨烯复合体。
Claims (10)
1.一种硫化钼镍/石墨烯复合体,其特征在于,该复合体由石墨烯片层和堆垛在石墨烯片层上的硫化钼镍片晶组成。
2.根据权利要求1所述的一种硫化钼镍/石墨烯复合体,其特征在于,所述硫化钼镍片晶长度为3nm~5nm,堆垛层数为1~2层。
3.如权利要求1或2所述的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法,其特征在于,该制备方法按以下步骤进行:
步骤1:将氧化石墨和聚乙烯亚胺分别超声分散于去离子水中,分别得到氧化石墨分散液和聚乙烯亚胺溶液,然后将聚乙烯亚胺溶液滴加到氧化石墨分散液中,搅拌反应过夜,离心洗涤后,收集固相重新分散于去离子水中,得到改性氧化石墨水溶液;
步骤2:将磷钼酸和硝酸镍分散于去离子水中,得到混合液,将混合液滴加到步骤1得到的改性氧化石墨水溶液中,搅拌过夜,然后转入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中进行水热反应,反应结束后收集固相,烘干,得到复合体前驱体;
步骤3:将复合体前驱体于管式炉中在硫化氢/氢气混合气氛中加热处理,得到硫化钼镍/石墨烯复合体。
4.根据权利要求3所述的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法,其特征在于,步骤1中所述氧化石墨与聚乙烯亚胺的质量比为1:(0.5~1.5)。
5.根据权利要求3所述的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法,其特征在于,步骤1中所述氧化石墨分散液中氧化石墨的质量与去离子水的体积的比为0.2g:(40~60)mL,步骤1中所述聚乙烯亚胺溶液中聚乙烯亚胺的质量与去离子水的体积的比为0.2g:(40~60)mL。
6.根据权利要求3所述的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法,其特征在于,步骤2中所述磷钼酸与硝酸镍的钼镍摩尔比为3:(1~3)。
7.根据权利要求3所述的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法,其特征在于,步骤2中所述混合液中磷钼酸的质量与去离子水的体积的比为0.04g:(15~25)mL。
8.根据权利要求3所述的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法,其特征在于,步骤2中所述磷钼酸与改性氧化石墨水溶液中的氧化石墨的质量比为1:(1~5)。
9.根据权利要求3所述的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法,其特征在于,步骤2中所述水热反应的温度为160~200℃,时间为10h~18h,步骤2中所述烘干的温度为40~80℃,时间为10h~15h。
10.根据权利要求3所述的一种硫化钼镍/石墨烯复合体的制备方法,其特征在于,步骤3中所述硫化氢/氢气混合气氛中硫化氢与氢气的体积比为1:(8~11),步骤3中所述加热处理的温度为360~450℃,时间为1.5h~2.5h。
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