[发明专利]氮硼共掺杂石墨烯复合脱硝抗硫催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮硼共掺杂石墨烯复合脱硝抗硫催化剂及其制备方法，其在自制的氮掺杂氧化石墨烯上原位生长高效的脱硝抗硫三元催化剂后，进行硼掺杂的同时还原氧化石墨烯制得氮硼共掺杂石墨烯催化剂复合材料的制备方法。由于原位生长的方法，使三元催化剂在氮硼共掺杂石墨烯表面负载均匀且牢固。本发明整体的合成在低温的环境中进行，反应合成方法和操作都很简单，并且其反应快速，对反应容器没有具体要求，并且合成物质对环境没有污染，合成后的催化剂和氮硼共掺杂石墨烯结合牢固，使用寿命长，脱销率高。

技术领域

本发明属于功能性掺杂型石墨烯复合催化剂技术领域，特别涉及一种氮硼共掺杂石墨烯复合脱硝抗硫催化剂及其制备方法。

背景技术

随着中国工业化进程的迅速发展，伴随着产生了许多不可避免的污染，其中大气污染是众多污染中最为严重也是最受关注的问题，大气污染的产生导致了人们的生活、健康、工作和大自然等都遭受到了较为恶劣的破坏。目前，空气污染源可以分为固定污染源和流动污染源，其污染源的污染物主要是由于煤炭燃烧而产生，包括了 PM2.5、PM10、二氧化硫、氮氧化物和二氧化氮等，这些气体会对环境造成雾霾、酸雨、光化学烟雾和温室效应等危害。

总所周知，由于我国大力推动基础设施的建设和制造业的发展所带来的大量电力需求，而这些电力需求都需要依靠煤炭的燃烧来提供能量，因此我国的煤炭资源的使用量是巨大的。从2011年开始，我国的环境保护部门为了控制煤炭的燃烧而造成的严重空气污染问题联合国家质量监督检疫总局颁布了《火电厂大气污染物排放标准(GBl3223-2011)》，目的在于控制大气污染物的排放量以及火力发电产业结构，促进火力发电行业的健康可持续发展。虽然其排放量相比起许多发达国家和其他行业来说还是高出许多。但规定颁布以来，我国的煤炭消费比例出现了明显的下降，相代替的原油、天然气以及风电水电核能的消费比例出现了上升。但是，从我国2017年能源消费比重可以看出，煤炭资源的消费还是高居不下，消费比重达到60%左右。燃煤的设备当中，特别是电厂的锅炉排出的氮氧化物排放量最为严重，占到了全国总排放量的36.1%以上，烟尘的排放量占到40%以上。可以预测在接下来的几年内，煤炭依旧是供能的主要来源，因此今后对于燃煤造成的污染治理要求也会越来越严格。

石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料，在平面内碳原子以sp ²电子轨道杂化形成蜂巢状晶格结构，厚度只有 0.34 nm，具备优异的光电性能．然而石墨烯价带和导带之间的带隙为零，这限制了其在纳米电子学中的应用．通过杂原子(如氮、硼、氟等)对石墨烯进行掺杂的方式，可以打开带隙使其成为 n 型或 p 型材料，调节其电子结构和其他内在性质，有效地改善或扩大其在各种领域中的应用。目前，掺杂型石墨烯在超级电容器中已被广泛研究，但还没有成熟的技术将其作为催化剂载体提升其脱硝抗硫性能。

已商业化的钒钛体系催化剂起活温度高（300℃），难以在烟气处理系统末端应用，且安装运行费用较高。因此，经济性高且适用于末端处理的低温SCR技术成为研究人员关注的热点。无载体MnO_x-CeO₂催化剂是目前此类报道中低温SCR活性最高的，温度在120℃时NO_x可几乎完全转化为N₂，但还没有合适的技术将其成功的原位生长在氮硼共掺杂型石墨烯上。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮硼共掺杂石墨烯复合脱硝抗硫催化剂及其制备方法，其在自制的氮掺杂氧化石墨烯上原位生长高效的脱硝抗硫三元催化剂后，进行硼掺杂的同时还原氧化石墨烯制得氮硼共掺杂石墨烯催化剂复合材料的制备方法。由于原位生长的方法，使三元催化剂在氮硼共掺杂石墨烯表面负载均匀且牢固。

以自制的氮掺杂氧化石墨烯为催化剂载体，采用原位生长法将催化剂牢固负载后，进行硼掺杂的同时还原氧化石墨烯制备高效的Mn-Ce-CoO_x/rGO_-N,B脱硝抗硫催化剂的复合材料。

本发明采用的技术方案是：

所述自制的氮掺杂氧化石墨烯可按一下方法制备：