[发明专利]一种W@MZC核壳结构高效氧化脱硫催化剂及其制备方法和应用

说明书

一种W@MZC核壳结构高效氧化脱硫催化剂及其制备方法和应用，属于核壳结构的构造以及具有磁性的催化剂设计技术领域。本发明提供了一种W@MZC核壳结构高效氧化脱硫催化剂是由ZIF‑8和磷钨酸生长包覆MIL‑101(Fe)构成的核壳结构。还提供了其制备方法包括：(1)在甲醇溶液中加入2‑甲基咪唑搅拌得到溶液A；(2)在甲醇溶液中依次加入MIL‑101(Fe)、六水合硝酸锌和磷钨酸充分搅拌得到溶液B；(3)溶液A加入溶液B中，搅拌离心后得前驱体；(4)通氮气对前驱体焙烧，得到W@MZC；(5)对W@MZC干燥得到W@MZC氧化脱硫催化剂。本发明催化剂稳定，重复利用率高，制备过程绿色环保，污染少。

技术领域

本发明属于核壳结构的构造以及具有磁性的催化剂设计技术领域，具体涉及一种W@MZC核壳结构高效氧化脱硫催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着汽车数量的不断增加，汽车尾气对空气的污染问题也越来越严重。为了减轻空气污染，运输燃料中含硫化合物的去除备受关注，如不洁净的含硫化合物燃料燃烧产生的SOx和硫酸盐颗粒物质的释放。传统去除硫化合物方法为加氢脱硫(HDS)，原油中的含硫化合物的脱除需要极高的压力和温度，伴随着硫化氢的形成可以转化为单质硫进而脱除。然而，这种处理不能有效地去除所有的噻吩类化合物，而它正是柴油中硫的主要组成部分。例如，二苯并噻吩(DBT)及其取代衍生物(4,6-DMDBT)的硫原子周围的空间位阻阻碍了高效的加氢脱硫。相比之下，ODS技术因其条件温和、成本低、效率高、不消耗H₂、深度脱硫等优点，在近几十年得到了广泛的关注。

氧化脱硫(ODS)已经逐渐发展成为一种替代加氢脱硫(HDS)的方法，在这种方法中，硫化物首先被氧化成亚砜或砜，由于其极性增加，可通过简单的萃取、吸附、蒸馏或过滤等方法去除。氧化脱硫技术可以在温和的条件下有效地去除DBT及其衍生物，设备投资较少。相较于加氢脱硫而言，氧化脱硫是一种节能的、高效的、具发展前景的脱硫方法之一。在氧化脱硫(ODS)工艺中，尝试了许多类型的氧化剂，如:分子氧、过氧化环己酮、过氧化氢等。其中H₂O₂因其价格低廉、无二次污染以及氧化性能显著而在ODS中得到了广泛的应用。到目前为止，各种(均相)反应物或催化剂已经应用于ODS过程，如过氧有机酸、Bronsted酸性离子液体、分子筛、过渡金属氧化物及多金属氧酸盐，特别是多金属氧酸盐(POMs)。然而，从液体混合物中回收POMs很困难，这限制了其在工业ODS过程中的应用。因此，获得合适的多相催化剂仍然很重要。

MOFs具有孔隙率高、比表面积大、易于开放的金属位点以及易于功能化等优点，可用于氧化脱硫技术领域。在ODS工艺中，研究如何利用MOFs本身的结构特点，以及如何与POMs进行结合，需要我们做进一步的研究。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种W@MZC核壳结构高效氧化脱硫催化剂及其制备方法和应用。以MOFs为前驱体构筑的多孔碳材料，利用MOFs丰富的拓扑结构以及孔径可连续调变性实现了对构筑多孔碳材料孔道结构的调控，有利于含硫化合物分子的吸附和扩散。此外，利用其结构特点将其与金属多氧酸盐结合，既丰富了金属活性位点，又很好的将金属活性位点进行分散，大大增强了构效关系。这样构筑的材料综合了MOFs材料、多孔碳材料和多氧金属酸盐三者的优势，克服各自的材料缺点，进而提高催化剂材料的催化活性。该催化剂催化转化效率高、活性位点分布更加均匀、结构稳定、可多次循环使用以及使用条件温和无二次污染。

一种W@MZC核壳结构高效氧化脱硫催化剂，其特征在于所述W@MZC核壳结构高效氧化脱硫催化剂是由ZIF-8和磷钨酸生长包覆MIL-101(Fe)构成的核壳结构。

所述的一种W@MZC核壳结构高效氧化脱硫催化剂，其特征在于所述ZIF-8由2-甲基咪唑和六水合硝酸锌反应得到。

所述的一种W@MZC核壳结构高效氧化脱硫催化剂，其特征在于所述2-甲基咪唑和六水合硝酸锌的质量比为0.5～1.0:0.15-0.3。