[發明專利]一種過渡金屬二維納米片的應用

有效

• 申請號: 201711193373.5
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108097038B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 江莉龍;沈麗娟;張林燕;曹彥寧
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/52;B01J21/06;B01J35/10
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李靜

一種過渡金屬二維納米片在硫化氫選擇性氧化催化劑中的應用。所述的過渡金屬二維納米片為鈦酸二維納米片、鈮酸二維納米片或鈦鈮酸二維納米片。本發明首次將過渡金屬二維納米片應用在硫化氫選擇性催化氧化領域，其在硫化氫選擇性催化氧化反應中具有很好的穩定性，不僅大大拓寬了過渡金屬二維納米片的應用領域，也為新型硫化氫選擇性氧化催化劑的開發提供了實驗基礎。

技術領域

本發明屬于過渡金屬催化材料技術領域，具體涉及一種過渡金屬二維納米片的應用。

背景技術

硫化氫(H₂S)氣體廣泛存在各種工業用氣或化工廢氣中，如：天然氣，液化石油氣，催化加氫脫硫廢氣，煤氣化產生廢氣，石油煉制、汽油、柴油以及航空渦輪發動機燃料等廢氣。硫化氫氣體的存在不僅會腐蝕管道、儀器、設備，使催化劑發生中毒以致失活，還會影響產品質量并造成環境污染，同時硫化氫會對人和動物產生傷害，當硫化氫的濃度大于700ppm時，甚至會導致死亡。所以如何有效處理H₂S氣體是石油工業和天然氣工業發展進程中迫切需要解決的問題。

目前，H₂S的脫除技術主要采用克勞斯工藝。即通過H₂S部分燃燒形成SO₂，再與剩余部分的H₂S進行克勞斯反應。具體反應方程式如下：

H₂S+3/2O₂→SO₂+H₂O

2H₂S+SO₂→3/nSn+2H₂O

由于克勞斯反應受熱力學平衡的限制，使得H₂S轉化率不高，需多級轉化。目前三級克勞斯裝置最高H₂S轉化率≦98％，其尾氣中仍含有1％–3％的H₂S尾氣。并且克勞斯技術工藝流程長，投資和運行成本高，限制了該工藝的應用。

為此，新型硫化氫脫除工藝的研發工作成為熱點。在各種工藝中，選擇性氧化H₂S為硫磺反應，具有投資少，流程短，運行成本低，維護簡單方便等特點，并且該反應是不可逆反應，不受熱力學平衡限制。因此，H₂S選擇氧化法在H₂S的處理上顯示出巨大的應用前景，其關鍵在于發展高效的催化劑。目前應用于H₂S選擇性催化氧化領域的脫硫催化劑主要有碳材料、分子篩和金屬氧化物等。但從實際應用和文獻記載可知，以上催化劑仍存在不足之處。例如，活性炭、分子篩材料因其比表面積大、孔道豐富使其傳質過程及產物硫脫附速率加快，但是該材料自身催化中心少，需要負載活性組分或進行改性后才具有催化性能，因而存在制備過程繁瑣和活性組分在反應中易流失等問題；金屬氧化物自身有催化活性位點，而且穩定性比較高，但比表面積較小，限制了其對H₂S的吸附，而且在反應中容易發生硫磺覆蓋活性中心，使催化劑性能大幅降低。因此，除了在原有載體上改性外，發展新型高效的H₂S選擇性氧化催化劑非常必要。

近期研究發現水滑石/類水滑石在H₂S選擇性催化氧化領域表現出良好的催化活性，并具有良好的熱穩定性。但該類化合物通常采用高溫固相法合成，導致了其比表面積小，顆粒尺寸大，同時層間的電荷密度高，反應物分子很難進入層間，阻礙了其在H₂S催化氧化領域中的應用。

過渡金屬二維納米片是具有單分子層厚度以及極大的二維各向異性性質的剝離片層，由層狀前驅物剝離而成。由于納米片的厚度為單分子層厚度，一般是1-2nm，其側面尺寸可達亞微米甚至微米級，因此與傳統的無機材料相比，納米片具有各向異性、表面效應及量子尺寸效應，比表面積大大增加，同時表面暴露出更多的活性位點。基于以上特點可知過渡金屬無機二維納米片是一類很有潛力的催化劑材料，但是目前關于納米片在硫化氫選擇性催化氧化領域內的應用還未見報道。

發明內容