一种双功能Cu基脱硫催化剂及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113663711A(43)申请公布日2021.11.19(21)申请号202110998725.4C10K1/34(2006.01)(22)申请日2021.08.27(71)申请人福州大学化肥催化剂国家工程研究中心地址350000福建省福州市鼓楼区工业路523号(72)发明人江莉龙雷淦昌梁诗景曹彦宁郑勇肖益鸿(74)专利代理机构北京东方芊悦知识产权代理事务所(普通合伙)11591代理人彭秀丽(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J35/10(2006.01)C10K1/00(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种双功能Cu基脱硫催化剂及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种双功能Cu基脱硫催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂包括氮掺杂碳纳米片载体，以及负载在所述载体上的以单原子形式分散的活性金属Cu。本发明提供的单原子Cu基脱硫催化剂呈多孔、二维薄片结构，拥有大的比表面积和孔容积，Cu与N物种之间的配位实现对Cu原子电子结构的调控和优化，在低温COS水解反应中展现出杰出的催化活性和稳定性，且性能比商业催化剂10K2CO3/Al2O3和CuO好。同时，本发明所制备的Cu基催化剂可深度脱除低浓度的H2S，相比体相CuO催化剂具有更好的吸附性能且不易中毒失活，可循环使用，有巨大的工业应用前景。CN113663711ACN113663711A权利要求书1/1页1.一种双功能Cu基脱硫催化剂，其特征在于，所述催化剂包括氮掺杂碳纳米片载体，以及负载在所述载体上的以单原子形式分散的活性金属Cu。2.根据权利要求1所述的双功能Cu基脱硫催化剂，其特征在于，所述催化剂中Cu的掺杂量为0.1～3wt.％，单原子活性为Cu‑NX，其中2＜X＜6。3.根据权利要求2所述的双功能Cu基脱硫催化剂，其特征在于，所述催化剂的比表面积为362～469m2/g。4.权利要求1‑3任一项所述的双功能Cu基脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、石墨相氮化碳的制备：以尿素、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺、三聚硫氰酸、硫脲中的一种或几种作为前驱体，在空气或氮气气氛下，升温至500～600℃，保持1～4h，冷却至室温，制得石墨相氮化碳；S2、铜原子嵌入到氮掺杂碳纳米片载体上的制备：首先将步骤S1制备的石墨相氮化碳和含溴酚类化合物分散溶解至乙醇和水的混合溶液中，然后再将相应的Cu前驱体和含氮有机化合物加入到上述溶液中，搅拌蒸发至干得中间体，中间体在氮气气氛下焙烧，自然冷却至室温后得到所需双功能Cu基脱硫催化剂。5.根据权利要求4所述的双功能Cu基脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中中间体在氮气气氛下焙烧的步骤如下：将蒸干后的中间体研磨成粉末，置于加热装置中，在氮气气氛下，以1～5℃/min的升温速率升温至600～1000℃，并进行热解2～6h。6.根据权利要求4所述的双功能Cu基脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中搅拌蒸发的温度为60～100℃。7.根据权利要求4所述的双功能Cu基脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中加入的石墨相氮化碳、含溴酚芳香化合物、Cu前驱体和含氮有机化合物的质量配比为(5～20):(5～20):(0.5～2):0.520，加入的石墨相氮化碳与乙醇和水的质量体积比(5～20)g:(100～300)ml:(100～300)ml。8.根据权利要求4所述的双功能Cu基脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中加入的含溴酚类化合物为四溴双酚A、三溴苯酚、对溴苯酚中的一种或几种；加入的含氮有机化合物为卟啉、酞菁、席夫碱中的一种或几种；加入的Cu前驱体为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、乙酸铜中的一种或几种。9.一种双功能Cu基脱硫催化剂在催化脱除COS和H2S方面的应用，其特征在于，将权利要求4‑8任一项所述的制备方法制备的催化剂用于COS的水解反应和H2S的吸附脱除。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，COS水解反应的应用条件为：原料气气体流速为10～40mL/min，反应温度为30～110℃，升温速率为2～3℃/min，反应的水蒸汽含量为3～12wt.％；H2S吸附脱除的应用条件为：原料气流速为20～30mL/min，吹扫气氩气流速为20～30mL/min，脱附时还原气CO气体流速为20～30mL/min，脱附再生温度为180～220℃。2CN113663711A说明书1/7页一种双功能Cu基脱硫催化剂及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及材料制备及环境催化技术领域，具体涉及一种双功能Cu基脱硫催化剂及其制备方法和应用。背景技术[0002]钢铁是关系国计民生