[发明专利]一种二硫化钼纳米催化剂的制备方法和催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种二硫化钼纳米催化剂的制备方法和催化剂，并将其用于重油的催化加氢过程中。本发明采用四硫代钼酸铵为原料，表面活性剂，将其溶解到无水甲醇中，混合均匀后，加入还原剂，至于100～250℃的恒温烘箱中，保存3～48小时；分离后得到二硫化钼纳米催化剂。本发明制得的二硫化钼纳米催化剂尺寸较小，粒径均一。本发明制得的二硫化钼纳米催化剂的接触角较大，使其在有机溶剂中有较好的分散性，有助于提高其在催化过程中的催化性能。本研究首次将MoS₂纳米催化剂应用于重油的加氢催化过程中。且本发明操作过程简单、条件温和、成本低廉、合成装置简单有望用于工业生产中。

技术领域

本发明属于钼基无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种粒径均一的二硫化钼纳米催化剂的制备方法。并考查了其在重油催化加氢过程中的催化性能，选用多环芳烃-蒽做模型物，研究表明，本发明制备的二硫化钼纳米催化剂在蒽催化加氢过程中有较高的催化加氢性能。

背景技术

二硫化钼是典型的层状结构材料，层与层之间以较弱的范德华力相结合，容易剥离，层结构易于调控。硫化钼单原子层每个钼原子被六个硫原子所包围，呈八面体(1T-MoS₂)或三棱柱(2H-MoS₂)结构，暴露出很多Mo-S棱面，可作为催化活性中心^[1-4]。在二硫化钼的六方晶体上有两种表面，即沿S-Mo-S断裂面和沿Mo-S断裂面^[5]。在晶体学上，前一种断裂面称基础面，即[001]棱面，该面能量很低，仅为24×10^-3J/m²，为非极性，十分稳定。而沿Mo-S断裂面称[100]棱面，这种面能量较高，为0.7J/m²，表面活泼，不稳定^[6]。[001]棱面疏水，[100]棱面亲水，易氧化生成氧硫中间化合物^[7-8]。MoS₂特殊的层状结构使其具有比表面积大、吸附能力强、反应活性高、催化性能强等优点，在催化、储氢、润滑、半导体及电极材料领域有着广泛的应用。二硫化钼的堆积层数、层间距、层边缘区域结构、尺寸、形貌等均对其化学性质有重要的影响，尤其是对催化性能^[9]。由STM^[10]和Rim-edge催化模型^[11-13]，MoS₂催化剂的加氢反应主要发生在层状结构边缘S的不饱和位，催化剂表面的缺陷位、堆积层数均会影响其催化性能。与普通二硫化钼相比，纳米级二硫化钼的比表面积较高、具有更多催化活性位，能从根本上提高其催化性能。目前，采用Al₂O₃及SiO₂做载体，负载少层或单层的MoS₂做催化剂，并将其用于加氢加氢脱硫加氢脱氮等催化领域。但由于纳米纯相的MoS₂易团聚、亲油性能较差，很难分散于有机溶剂中，大大的限制了纯相MoS₂纳米材料在工业中的应用。近年来，为提高纳米MoS₂在有机溶剂中的分散性，研究人员不断的尝试各种新的工艺过程以提高纳米MoS₂的亲油性能。中国专利CN104559326A公布了一种聚乳酸改性二硫化钼纳米片的方法，采用了插层剥离，官能团修饰，通过原位接枝共聚提高了二硫化钼与聚合物的相容性。中国专利CN104591286 A公布了一种二硫化钼微球的水热制备方法，他们采用四水合钼酸铵，硫脲及聚乙烯吡咯烷酮的水热体系，制备了微米尺寸的二硫化钼球形颗粒，将其用做润滑剂的添加剂时具有良好的抗磨减磨的效果。Wang等制备了石墨烯-MoS₂复合纳米材料,石墨烯的表面官能团提高了MoS₂纳米片的分散性^[14]。