[发明专利]一种异质结催化剂的制备方法及催化剂

说明书

本发明提供一种异质结催化剂的制备方法，所述催化剂包括含氮化钼的过渡金属氮化物或含碳化钼的过渡金属碳化物，还包括至少一种含二硫化钼的过渡金属硫化物，所述异质结催化剂中过渡金属硫化物的质量含量为1‑99％，所述过渡金属氮化物或过渡金属碳化物的质量含量为1‑99％；所述制备方法包括：在微波加热至300～1000℃的条件下，对所述过渡金属氮化物或过渡金属碳化物通入含硫化氢的气体进行微波硫化处理，得到所述异质结催化剂。本发明提供的异质结催化剂的制备方法中，原料容易获得，成本较低。将其应用于微波催化硫化氢直接分解，转化率高、工艺操作简便、参数可控、能耗低、节能又环保。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种异质结催化剂的制备方法及催化剂。

背景技术

硫化氢(H₂S)是一种无色且剧毒的气体，低浓度时具有臭鸡蛋气味的刺激性气味，它自然存在于原油、天然气、火山气体、温泉和一些湖泊中，也来源于工业制造的副产品，如石油精炼、天然气净化、煤矿开采、造纸厂、皮革厂等。它不仅会对运输管道造成严重的腐蚀，而且给环境带来巨大负担，还对人类健康造成严重的威胁。

目前，克劳斯(Claus)工艺是工业上处理硫化氢废气最广泛的方法，原理即是将硫化氢催化氧化，先生成二氧化硫和水，二氧化硫再与硫化氢反应生成硫磺和水，该工艺使硫化氢中的硫变成硫磺，但是氢作为公认的清洁能源，最终并变成了水，这造成了氢资源的严重浪费，由于硫化氢不能被完全氧化，未完全反应的硫化氢也会排入大气中，会造成二次污染。因此，合理的利用硫化氢成为近些年来亟待解决的问题。目前，将硫化氢直接分解成为氢气和硫磺成为研究的重点和热点。

对于硫化氢直接分解存在动力学和热力学的难题，硫化氢直接分解在热力学上是一个吸热、可逆的反应，不加催化剂时，在600-860℃发生分解需要很高的能量。因此，寻找一种适合的催化剂和一种高效的能量来协同作用降低反应活化能是关键。现有的硫化氢直接分解生成氢气和硫磺的方法中，存在许多缺点：催化剂的使用和硫化氢的分解条件较为严苛，催化剂的活性较低且不稳定，催化剂易中毒失活，并且生成的产物较难分离，设备复杂，难以实现工业化等。例如，赵璐等人利用Al₂O₃负载ZnS或者CdS催化剂与等离子体协同使硫化氢分解，虽然具有一定的稳定性，但是只能处理浓度较低的气体；Reshetenko等人以α-Al₂O₃为催化剂，在1173K时的分解率只有37.7％，反应需要提供大量的热量，能耗过大；Faraji等人研究高温热分解法发现，当T＜1123K时，几乎没有硫化氢发生分解反应，当T＝1273K时，硫化氢的分解率仅有20％。因此，研发出在温和条件下能高效分解硫化氢的新方法和新型催化剂变得非常有意义。

发明内容

本发明是为了解决硫化氢的资源高值化的问题，提供了一种高效的异质结构微波催化剂及微波催化分解方法，既解决环境污染问题，又使硫化氢高值合理化利用，即一种变废为宝的技术。

本发明首先提供一种异质结催化剂的制备方法，所述催化剂包括含氮化钼的过渡金属氮化物或含碳化钼的过渡金属碳化物，还包括至少一种含二硫化钼的过渡金属硫化物，所述异质结催化剂中过渡金属硫化物的质量含量为1-99％，所述过渡金属氮化物或过渡金属碳化物的质量含量为1-99％；所述制备方法包括：在微波加热至300～1000℃的条件下，对所述过渡金属氮化物或过渡金属碳化物通入含硫化氢的气体进行微波硫化处理，部分氮化钼或碳化钼转化为二硫化钼，另外部分氮化钼或碳化钼保持结构不变，得到所述异质结催化剂。

在一种具体的实施方式中，所述过渡金属还包括钴、铁、镍中的一种或多种，因而所述过渡金属氮化物还包括氮化钴、氮化铁和氮化镍中的一种或多种，所述过渡金属碳化物还包括碳化钴、碳化铁和碳化镍中的一种或多种，所述过渡金属硫化物还包括硫化钴、硫化铁和硫化镍中的一种或多种。

在一种具体的实施方式中，所述含硫化氢气体中硫化氢的体积分数为1％-100％，其余部分为氮气或惰性气体。