[发明专利]原位负载硫掺杂石墨烯脱硝抗硫催化剂的聚苯硫醚复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于脱硝抗硫滤料技术领域，具体涉及一种原位负载硫掺杂石墨烯的聚苯硫醚脱硝抗硫功能滤料的制备方法，首先利用硝酸处理聚苯硫醚纤维，使其表面形成可以与硫掺杂石墨烯反应的官能团，然后将硫掺杂石墨烯接枝在聚苯硫醚纤维上。由于硫掺杂石墨烯的上残留的含氧官能团缺陷以及表面活性剂的加入Ce³⁺能与二者反应，并且牢固结合在聚苯硫醚纤维以及硫掺杂石墨烯表面。另外，加入的Pd²+能够很好的在硫掺杂石墨烯及硫醚纤维表面与Ce³⁺进行氧化还原反应，使得硫掺杂石墨烯及硫醚纤维表面积聚大量的Ce³⁺，Ce⁴⁺，Pd²+离子。最后，再以高锰酸钾为氧化剂，在硫掺杂石墨烯及聚苯硫醚纤维表面发生氧化还原反应，形成Mn‑Ce‑PdO_x三元催化剂，在烘箱中脱水后得到复合滤料。

技术领域

本发明属于硫掺杂石墨烯复合催化剂及滤料技术领域，特别涉及到制备硫掺杂石墨烯和功能滤料复合材料，以及在其表面原位生长一种具有高性能脱硝抗硫功能的Mn-Ce-PdO_x催化剂的技术。

技术背景

固定源污染含有烟尘、重金属、氮氧化物和硫氧化物等污染物，这些污染物是造成环境和人体健康问题的罪魁祸首。因此，NO_x的选择性还原(SCR)技术和烟尘排放控制的袋式除尘器得到了研究人员的广泛研究。其中聚苯硫醚被广泛应用于袋式除尘领域，因为它具有以下优点：出色的阻燃性能，其极限氧指数(LOI)高达34％，燃烧等级达到UL94 V-0级；出色的热稳定性，其长期使用温度高达220～240℃，热变形温度高达260℃，空气中的分解温度为430℃和460℃；出色的耐腐蚀性能，其在200℃以下几乎不溶于任何溶剂，耐化学腐蚀性能相近于聚四氟乙烯(PTFE)；出色的电性能，其介电常数和介电损耗都较低，这使其具有出色的绝缘性能；出色的尺寸稳定性，其成型收缩率介于0.15～0.3％，且吸油性和吸水性小。如果能研发出一种将催化剂和袋式除尘器结合的设备将极大的降低脱硝工业的成本和操作难度，因此本发明尝试将抗硫性能优异的新型催化剂负载于聚苯硫醚纤维表面，完成SCR技术和袋式除尘技术结合的第一步。

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。

同时研究者们观察到，在某些催化剂中混入少量的硫掺杂石墨烯或者硫掺杂石墨烯可以促进氧化反应速率。研究中发现，在硫掺杂石墨烯催化反应中使用H₂O₂作为氧化剂，苯可以被一步氧化为苯酚。间溴噻吩和噻吩-3-胺可以在相对温和的环境中以水热法快速简单的将硫元素引入氧化石墨烯，再将含硫掺杂的氧化石墨烯热还原可得到抗二氧化硫毒化能力较强的硫掺杂石墨烯。研究中使用硫掺杂石墨烯做为催化剂，研究了室温下硝基苯的还原反应，实验过程展示了较高的反应活性和稳定性。还有实验表明在硫掺杂石墨烯边缘不饱和的碳原子或者硫掺杂石墨烯表面的缺陷可能是催化活性的中心。硫掺杂石墨烯的引入可以提高活性酸位点，引入更多的活性氧物种，产生更多的表面吸附氧，增大比表面积，从而提高催化剂的脱硝效率。

发明内容

本发明的主要目的是在表层负载硫掺杂石墨烯的聚苯硫醚纤维上原位生长具有脱硝抗硫功能的三元催化剂，采用硝酸处理活化聚苯硫醚纤维表层，以形成可以与硫掺杂石墨烯反应的含氧官能团，最后采用原位生长的方式将催化剂均匀牢固的负载在聚苯硫醚纤维上。

以自制表层接枝负载硫掺杂石墨烯的聚苯硫醚纤维为催化剂载体，采用原位生长法制备高效的Mn-Ce-PdO_x/S-rGO@PPS脱硝抗硫滤料的复合材料。

本发明采用技术方案：