[發明專利]原位負載硫摻雜石墨烯脫硝抗硫催化劑的聚苯硫醚復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110321386.6
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113058618B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 鄭玉嬰;周銘瑋
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J27/045
• 分類號: B01J27/045;B01J31/06;B01J35/06;B01J37/08;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 吳姍姍;蔡學俊

本發明屬于脫硝抗硫濾料技術領域，具體涉及一種原位負載硫摻雜石墨烯的聚苯硫醚脫硝抗硫功能濾料的制備方法，首先利用硝酸處理聚苯硫醚纖維，使其表面形成可以與硫摻雜石墨烯反應的官能團，然后將硫摻雜石墨烯接枝在聚苯硫醚纖維上。由于硫摻雜石墨烯的上殘留的含氧官能團缺陷以及表面活性劑的加入Ce³⁺能與二者反應，并且牢固結合在聚苯硫醚纖維以及硫摻雜石墨烯表面。另外，加入的Pd²+能夠很好的在硫摻雜石墨烯及硫醚纖維表面與Ce³⁺進行氧化還原反應，使得硫摻雜石墨烯及硫醚纖維表面積聚大量的Ce³⁺，Ce⁴⁺，Pd²+離子。最后，再以高錳酸鉀為氧化劑，在硫摻雜石墨烯及聚苯硫醚纖維表面發生氧化還原反應，形成Mn?Ce?PdO_x三元催化劑，在烘箱中脫水后得到復合濾料。

技術領域

本發明屬于硫摻雜石墨烯復合催化劑及濾料技術領域，特別涉及到制備硫摻雜石墨烯和功能濾料復合材料，以及在其表面原位生長一種具有高性能脫硝抗硫功能的Mn-Ce-PdO_x催化劑的技術。

技術背景

固定源污染含有煙塵、重金屬、氮氧化物和硫氧化物等污染物，這些污染物是造成環境和人體健康問題的罪魁禍首。因此，NO_x的選擇性還原(SCR)技術和煙塵排放控制的袋式除塵器得到了研究人員的廣泛研究。其中聚苯硫醚被廣泛應用于袋式除塵領域，因為它具有以下優點：出色的阻燃性能，其極限氧指數(LOI)高達34％，燃燒等級達到UL94 V-0級；出色的熱穩定性，其長期使用溫度高達220～240℃，熱變形溫度高達260℃，空氣中的分解溫度為430℃和460℃；出色的耐腐蝕性能，其在200℃以下幾乎不溶于任何溶劑，耐化學腐蝕性能相近于聚四氟乙烯(PTFE)；出色的電性能，其介電常數和介電損耗都較低，這使其具有出色的絕緣性能；出色的尺寸穩定性，其成型收縮率介于0.15～0.3％，且吸油性和吸水性小。如果能研發出一種將催化劑和袋式除塵器結合的設備將極大的降低脫硝工業的成本和操作難度，因此本發明嘗試將抗硫性能優異的新型催化劑負載于聚苯硫醚纖維表面，完成SCR技術和袋式除塵技術結合的第一步。

已商業化的釩鈦體系催化劑起活溫度高(300℃)，難以在煙氣處理系統末端應用，且安裝運行費用較高。因此，經濟性高且適用于末端處理的低溫SCR技術成為研究人員關注的熱點。無載體MnO_x-CeO₂催化劑是目前此類報道中低溫SCR活性最高的，溫度在120℃時NO_x可幾乎完全轉化為N₂。

同時研究者們觀察到，在某些催化劑中混入少量的硫摻雜石墨烯或者硫摻雜石墨烯可以促進氧化反應速率。研究中發現，在硫摻雜石墨烯催化反應中使用H₂O₂作為氧化劑，苯可以被一步氧化為苯酚。間溴噻吩和噻吩-3-胺可以在相對溫和的環境中以水熱法快速簡單的將硫元素引入氧化石墨烯，再將含硫摻雜的氧化石墨烯熱還原可得到抗二氧化硫毒化能力較強的硫摻雜石墨烯。研究中使用硫摻雜石墨烯做為催化劑，研究了室溫下硝基苯的還原反應，實驗過程展示了較高的反應活性和穩定性。還有實驗表明在硫摻雜石墨烯邊緣不飽和的碳原子或者硫摻雜石墨烯表面的缺陷可能是催化活性的中心。硫摻雜石墨烯的引入可以提高活性酸位點，引入更多的活性氧物種，產生更多的表面吸附氧，增大比表面積，從而提高催化劑的脫硝效率。

發明內容

本發明的主要目的是在表層負載硫摻雜石墨烯的聚苯硫醚纖維上原位生長具有脫硝抗硫功能的三元催化劑，采用硝酸處理活化聚苯硫醚纖維表層，以形成可以與硫摻雜石墨烯反應的含氧官能團，最后采用原位生長的方式將催化劑均勻牢固的負載在聚苯硫醚纖維上。

以自制表層接枝負載硫摻雜石墨烯的聚苯硫醚纖維為催化劑載體，采用原位生長法制備高效的Mn-Ce-PdO_x/S-rGO@PPS脫硝抗硫濾料的復合材料。

本發明采用技術方案：