[发明专利]类石墨烯型六方氮化硼负载低共熔溶剂的催化剂的制备工艺及应用

说明书

本发明属于材料制备及催化领域，公开了一种类石墨烯型六方氮化硼负载低共熔溶剂作为催化剂的制备工艺及其在柴油催化氧化脱硫的应用。所述的催化剂是以类石墨烯型六方氮化硼为载体，利用溶剂浸渍法将低共熔溶剂负载到类石墨烯型六方氮化硼上，以实现低共熔溶剂对类石墨烯型六方氮化硼的活性改性。本发明所制备的催化剂具有较好的分散性，在脱除柴油中二苯并噻吩等芳香族硫化物的过程中，表现出优异的催化性能，且具有良好的稳定性，经过五次循环后仍能保持较高的催化活性。

技术领域

本发明涉及材料制备及催化领域，具体涉及一种类石墨烯型六方氮化硼负载低共熔溶剂催化剂及其用于催化氧化脱除柴油中含硫化合物的应用。

背景技术

含硫燃料的燃烧会产生SOx等有害气体和悬浮颗粒物，造成雾霾污染，酸雨腐蚀等，危害人体健康，破坏生态环境。目前，工业上普遍采用的是加氢脱硫(HDS)技术，然而，加氢脱硫通常需要高温(300℃)高压(20～100atm)的反应条件，且对二苯并噻吩类芳香族硫化物的脱除效果较差，通常需要更高的温度和压力，从而导致设备损耗，大大增加资本投入，且高温促使燃油的挥发，降低燃油的产率。因此，非加氢脱硫技术应运而生。其中，氧化脱硫由于其反应条件温和，脱除效率高等优点受到广泛关注。以二苯并噻吩为例，氧化脱硫就是将硫化物氧化为其对应的砜类物质，由于被氧化后极性增强，易于通过萃取或吸附的手段除去。

低共熔溶剂(DES)是一种离子液体类似物(Chem.Rev.,2014,114,11060-11082)。由一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键供体(如羧酸、多元醇)通过一定相互作用(如氢键、共价键)组合而成的两组分或三组分低共熔混合物，具有无毒，生物可降解，熔点低，廉价易得等优点。低共熔溶剂常用作萃取剂萃取脱除燃油中的硫化物，然而由于萃取工艺繁琐，需要重复多次才能到达较高的脱硫率。另外，由于低共熔溶剂在常温下是以液体形式存在，均相的催化剂难以从油品中完全分离，为了克服这些缺点，很多研究人员尝试制备负载型催化剂，将低共熔溶剂负载到一种固体上，在提高催化剂的回收率的同时分散活性位点，减少活性中心的用量，降低成本。

六方氮化硼是一种典型的类石墨烯型二维层状材料，具有高热稳定性，高机械强度和大比表面积等优点(Chem.Commun.,2016,52,144-147)，因此是一种合适的载体。同时，无金属催化剂可以避免造成油品的二次污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为柴油中硫化物的深度脱除(硫含量10ppm)提供一种新型的催化剂——类石墨烯型六方氮化硼负载低共熔溶剂催化剂。

本发明还要解决的技术问题是提供类石墨烯型六方氮化硼负载低共熔溶剂催化剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

类石墨烯型六方氮化硼负载低共熔溶剂催化剂，所述的催化剂是将低共熔溶剂负载在类石墨烯型六方氮化硼上，所述的类石墨烯型六方氮化硼为少层氮化硼。

类石墨烯型六方氮化硼负载低共熔溶剂的催化剂的制备工艺，包括如下步骤：

(1)按比例将硼酸和尿素溶于甲醇和去离子水的混合溶液中，在一定温度下加热搅拌除去溶剂，得到白色固体；

(2)将步骤(1)得到的白色固体置于管式炉中在惰性气氛中以一定速率升至煅烧温度，并保持一段时间，即得类石墨烯型六方氮化硼；

(3)将氢键供体和氢键受体混合，在一定合成温度下加热，均匀搅拌，形成低共熔溶剂；

(4)将类石墨烯型六方氮化硼和低共熔溶剂按一定质量比分散在溶剂中，加热搅拌均匀，冷凝回流一定时间，随后干燥，即得类石墨烯型六方氮化硼负载低共熔溶剂的催化剂。

步骤(1)中，所述的硼酸和尿素的摩尔比为1:40～1:4，加热搅拌温度为45～80℃；甲醇和去离子水的混合溶液中，甲醇和去离子水的体积比为1:1。