[发明专利]一种用于有机硫催化的镁铝水滑石及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于有机硫催化的镁铝水滑石及其制备方法和应用，其利用机械化学合成方法，通过研磨来达到金属间的均匀分散，然后加入微量的沉淀剂促进水解，高温固化后得到结晶度良好的镁铝水滑石。该方法合成条件简单且反应迅速，耗时短，制备过程中只需微量水，原子利用率高且无任何废水产生。本发明所制备的镁铝水滑石呈现出高结晶度，规则六边形纳米片状结构，在温度为70℃下便具有高达100%COS转化率，适用于中低温催化水解羰基硫气体。

技术领域

本发明属于无机材料制备及应用领域，具体涉及到一种用于有机硫催化的镁铝水滑石及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济的迅速增长和对能源需求的快速需求，对煤炭资源的高效与清洁利用显得越来越重要。而能源低效率使用所造成的污染不仅严重影响空气质量和威胁人类健康，而且会进一步腐蚀设备和催化剂，其中COS作为硫化物的典型代表，是一种危害较大的气体，且其化学性质不活泼，在脱除上比较困难。目前，工业上常用的COS脱除方法主要有加氢转化法、吸收法、氧化转化法、光解法、水解法。而水解反应(COS+H₂O→CO₂+H₂S)以其温和的反应条件和高效的脱除效率在工业上被广泛应用。目前为止，最常见的中低温COS水解催化剂是K/γ-Al₂O₃，其中γ-Al₂O₃本身具有一定的活性，浸渍碱性组分K后通过增强碱性中心来进一步提高水解活性。但负载的活性组分K易流失，同时容易腐蚀管道。与此同时也有关于活性炭作为载体应用到COS水解反应中的报道。但硫化物及硫酸盐的沉积易导致催化剂中毒，进而影响其使用寿命。因此，除了对原有催化剂及其载体进行改性来提升催化效果外，开发新型无K催化剂对于COS水解技术的发展也至关重要。

水滑石（Layered Double Hydrotalcides,简写 LDHs）是一种重要的具有层状结构的阴离子无机金属材料，也被称作层状复合金属氢氧化物或者阴离子黏土。其最早发现于1842年，主要组成为Mg和Al，其结构非常类似于水镁石Mg(OH)₂.天然存在的镁铝水滑石的化学式为：[Mg₆A1₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O],其独特的层状结构结构、组成数目和种类的可调变性使其在医药、工业和催化方面都有了广阔的应用。其特殊的结构和物理化学性质，如碱性、带电性质、阴离子可交换性、微孔结构、热稳定性、记忆效应、吸附性能、催化性能等，在阻燃剂、热稳定剂、催化剂、催化剂载体、污水处理剂、农药、医药载体以及石油工业等众多领域具有广泛的应用。目前水滑石的制备方法主要有：共沉淀法、水热合成法、离子交换法等。其中共沉淀法是合成水滑石最常见的方法。但这种制备水滑石的方法会耗费较多的水，且得到的水滑石晶型较差。水热合成法是将两种金属盐缓慢滴加并快速混合，然后将得到的浆状液立即转移至高压釜中，在一定的温度下陈化较长时间，最后经过过滤、洗涤、干燥、研磨得到产品。水热合成法由于反应发生在密闭的系统中，因而制备所得纳米金属氧化物具有粉末细、纯度高、分散性好、颗粒均匀、形状可控等优异特性。但这种方法也存在制备和离心过程中需要大量水溶剂，且晶化时间长等问题。离子交换法适用于金属离子在碱性介质中不稳定，或没有可溶性金属盐类的情况。离子交换法从给定的水滑石出发，通过溶液中某种阴离子对原有阴离子的交换作用，形成新的相。