[发明专利]石墨烯强化增韧孔性固废基催化剂制备及在制氢中的应用

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物高附加值利用及催化剂制备领域，具体涉及一种石墨烯强化增韧孔性固废基催化剂的制备及其在制氢中的应用。

背景技术

氢能因其清洁燃烧，可再生无污染而成为未来最理想的新能源之一。利用太阳的光能分解水制氢已成为廉价制备氢能的主要途径；然而，在大多数光催化分解水制氢体系中，制氢效率普遍偏低，而且催化剂价格往往十分昂贵；因此，发明一种廉价、环保、高效的光催化剂，是低成本高效率制氢的本质所在。

粒化高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣,在高炉炼铁时，除了向高炉内加入铁矿石、燃料等原料外，还需加入相当数量的石灰作为助熔剂和造渣剂。在炉内温度达到1400℃-1600℃时，铁矿石和助熔剂发生高温反应，经空气或水淬急冷处理，形成粒化高炉矿渣。据统计，炼铁生产过程排放的高炉渣为33％～35％，“十二五”前3年，我国高炉渣的总排放量为6.77亿吨^[1]。矿渣传统利用途径是主要作为生产矿渣水泥混凝土的掺和料、矿渣微粉，无机涂料，污水处理剂，钙硅肥料，矿渣棉以及玻璃原料等^[2-4]。一些专利文献公开了矿渣可与矿渣可与脱硫灰^[5,7]、锰渣^[6]、水泥熟料^[6]、钢渣^[7]、生石灰^[8]、石膏^[8]等机械混合可形成矿渣复合掺合料。为了提高矿渣的利用价值，近年来，有文献及专利报道了利用高炉矿渣制备碱激发矿渣基地质聚合物^[9-12]。目前，矿渣综合利用的趋势是利用一定比例的矿渣与不同比例的生石膏^[13]、水泥熟料^[13]、粉煤灰^[14-16,22]、天然沸石^[14]、偏高岭土^[17]、乳化沥青^[17]、聚乙烯醇纤维^[18]、氧化铁^[19]、聚丙烯酰胺^[20]、聚磷酸盐^[15,20]、沸石^[21]、铝矾土^[21]、钢渣^[22]、脱硫石膏^[22]、白云石^[23]、碳酸盐^[24]、聚醋酸乙烯酯乳胶粉^[25]、聚丙烯酸酯树脂乳液^[25]、高岭土^[25]、聚丙烯纤维^[26]、镁渣^[27]、Ni²⁺掺杂粉煤灰^[28]等物质混合，在激发剂的作用下生成碱激发矿渣基复合胶凝材料，拓宽了矿渣高附加值循环利用的新途径。矿渣能与上述不同的物质混合，通过化学反应形成复合材料。虽然由于这些物质的参与，赋予了这些复合材料一定的力学性能，但这些材料的应用领域还有待进一步拓展。

为了制备一种既能提高矿渣基胶凝材料抗折抗压强度、优良的导电性能，又能成为一种新型、廉价、高反应活性的催化剂材料应用于光催化制氢领域，达到粒化高炉矿渣的高附加值利用制备廉价的高活性催化剂，提高制氢效率的双重目的。石墨烯是一种二维纳米碳材料，具有优良的导电性和化学稳定性，可以成为光催化过程中更好的电子或空穴传递的催化材料。申请人通过仔细查阅了大量的国内外文献资料及专利，没有发现有关石墨烯-矿渣基胶凝复合材料制备以及应用的任何相关报导。

以下是发明人给出的主要参考文献：

[1]刘树洲，孙树杉，用好钢铁渣实现“零排放”,中国冶金报2014年8月26日。

[2]于明兴，刘敬东，郭玉安，王志清，安钢高炉矿渣利用途径探讨，河南冶金22(1)(2014)33-36。

[3]李辽沙，转炉渣资源化利用的历史沿革及趋势展望，世界钢铁4(2011)62-67。

[4]曹德秋，李灿华,我国高炉矿渣资源化利用进展,中国废钢铁5(2006)26-29。

[5]高建明，半干法脱硫灰与矿渣复合掺合料及其制备方法，中国专利申请(公开号：CN101717218A)。

[6]陈平，一种高活性锰渣-矿渣复合微粉的制备方法，中国专利申请(公开号：CN103641340A)。

[7]顾文飞，改性钢矿渣复合掺合料及其制备方法，中国专利申请(公开号：CN102491664A)。