一种凹凸棒石/硫化钼复合材料的制备方法及应用

摘要

本发明属于非金属矿技术领域，特别涉及一种凹凸棒石/硫化钼复合材料的制备方法及应用。将钼源、硫源和凹凸棒土加入到去离子水中充分分散得到分散液，对该分散液水热反应，过滤，滤饼经洗涤后烘干即得凹凸棒石/硫化钼复合材料，再采用该复合材料作为催化剂进行光辅助SCR脱硝。

权利要求

1.一种凹凸棒石/硫化钼复合材料的应用，其特征在于：所述的复合材料作为催化剂进行光辅助SCR脱硝；

所述复合材料的制备方法为，将钼源、硫源和凹凸棒土加入到去离子水中充分分散得到分散液，对该分散液水热反应，过滤，滤饼经洗涤后烘干即得凹凸棒石/硫化钼复合材料；

上述钼和硫的摩尔比在1:2～1:6之间，凹凸棒石相对于产品硫化钼的质量比控制为1:

2～1:8。

2.如权利要求1所述的凹凸棒石/硫化钼复合材料的应用，其特征在于：所述的钼源为钼酸钠、钼酸铵中的一种或两种的组合。

3.如权利要求1所述的凹凸棒石/硫化钼复合材料的应用，其特征在于：所述的硫源为硫脲、硫代乙酰胺、单质硫中的一种或几种的组合。

4.如权利要求1所述的凹凸棒石/硫化钼复合材料的应用，其特征在于：水热反应的温度为180～240℃，时间为16～24h。

5.如权利要求1所述的凹凸棒石/硫化钼复合材料的应用，其特征在于：水热后的产物经过水洗和醇洗，并在60～100℃下烘干12～24h。

说明书

一种凹凸棒石/硫化钼复合材料的制备方法及应用

技术领域

[0001] 本发明属于非金属矿技术领域，特别涉及一种凹凸棒石/硫化钼复合材料的制备方法及应用。

背景技术

[0002] 我国的火力发电厂多以煤炭为燃料，煤炭中含有较高的硫组分，为了防止脱硝催化剂因SO2和粉尘造成中毒，电厂的脱硝装置通常安放在静电补尘装置和脱硫装置的下游，这会大幅降低烟气的温度，开发低温脱硝技术成为一个热门课题。

[0003] 当前广泛应用的商业化SCR脱硝催化剂的活性组分为V2O5，以锐钛矿型的TiO2为载体，助催剂是WO3或者MoO3。但钒基催化剂对催化温度要求高、活性温度范围窄、高温段N2O副产物的产生及V2O5自身的生物毒性，故亟需开发绿色环保且低温高效的NH3-SCR催化剂。

[0004] 近年来日本的Tanaka课题组报道了以TiO2为催化剂进行光-SCR脱硝的技术，但由于TiO2的禁带宽度较高，普遍需要高能量的紫外光，因此对太阳能中占绝大多数的可见光利用率较低。寻求具有可见光响应的光-SCR脱硝技术具有重要意义。

发明内容

[0005] 本发明为解决上述技术问题，以凹凸棒土、钼源、硫源为主要原料，采用水热法合成一种凹凸棒土/硫化钼复合材料，通过优化凹凸棒土与钼源、硫源的质量比、水热温度及水热时间等工艺参数来控制复合材料的形貌和分布状态，从而得到负载均匀、分散性好的产品。

[0006] 本发明的具体工艺过程是：将钼源、硫源和凹凸棒土加入到去离子水中充分分散得到分散液，对该分散液水热反应，过滤，滤饼经洗涤后烘干即得凹凸棒石/硫化钼复合材料，

[0007] 其中，钼和硫的摩尔比在1:2～1:6之间，凹凸棒石相对于产品硫化钼的质量比控制为1:2～1:8，

[0008] 钼源为钼酸钠、钼酸铵中的一种或两种的组合，硫源为硫脲、硫代乙酰胺、单质硫中的一种或几种的组合，

[0009] 水热反应的温度为180～240℃，时间为16～24h，

[0010] 水热后的产物经过多次水洗和醇洗除尽杂质，并在60～100℃下烘干12～24h。

[0011] 本发明还提供了一种上述凹凸棒石/硫化钼复合材料的应用，即采用该复合材料作为催化剂进行光辅助SCR脱硝。

[0012] 本发明的有益效果在于：

[0013] 1、本发明采用一步水热法制备得到凹凸棒石/硫化钼复合材料，凹凸棒石均匀分散于硫化钼片层上，防止了纤维状凹凸棒石的团聚，并避免了硫化钼片层的卷曲与破碎；

[0014] 2、本发明凹土里含有少量钙、镁、锌等离子，材料复合后，凹土里的上述杂质离子进入硫化钼的晶格中，造成晶格的缺陷增多，促进了光生电子的转移，避免光生电子自身的复合，进而增强复合材料的催化活性；

[0015] 3、本发明与传统SCR脱硝相比较，引入了可见光辅助催化，实现了低温脱硝，在光源的照射下NH3与MoS2发生电子的迁移，从而产生NH2-基团，然后该基团被NO攻击产生NH2NO中间产物，随后NH2NO被分解成N2和H2O，与传统的NH3-SCR相比，NH3的用量减少，低温下对NO的转化效率显著提高。

附图说明

[0016] 图1为ATP、MoS2和实施例1制备的ATP/MoS2的XRD谱图；

[0017] 图2为实施例1制备的ATP/MoS2在200nm标尺范围的TEM照片；

[0018] 图3为实施例1制备的ATP/MoS2对NO的转化曲线。

具体实施方式

[0019] 实施例1

[0020] 将0.97g钼酸钠、1.5g硫代乙酰胺和0.21g凹凸棒土加入60ml去离子水中超声并搅拌30min，将所得的混合液转移到反应釜中240℃下保温反应24h，过滤，滤饼经充分水洗和醇洗后置于100℃下24h烘干，得到凹凸棒/硫化钼复合材料。

[0021] 对本实施例所制备的凹凸棒/硫化钼复合材料进行X射线粉末衍射实验，并在透射电镜下观察其形貌和结构，其与凹凸棒石、硫化钼的XRD图谱如图1所示：复合材料的XRD中出现了凹凸棒石和硫化钼各自的特征衍射峰，并且各自的峰强度均有所降低，说明凹凸棒石与硫化钼成功复合；另外发现ATP/MoS2中MoS2的峰位整体略有左偏移(可参见附图1中的虚线标识线)，可见ATP中部分离子掺入了MoS2的晶格中增加了晶格缺陷。

[0022] 本实施例所制备的凹凸棒/硫化钼复合材料的TEM照片如图2所示，从图中可以看出，二维片状的硫化钼与一维的凹凸棒石均匀复合在一起，形成三维网络结构，与XRD的结果一致。

[0023] 在光辅助-SCR脱销装置的石英管中分别加入150mg的ATP、MoS2、本实施例所制备的凹凸棒/硫化钼复合材料ATP/MoS2；NH3、NO、O2的初始浓度分别为：1000ppm，1000ppm，3％(相对于气体总流量)，空速为25000h-1，气体总流量控制在100ml/min；所使用的光源为200W的氙灯，光波长为：380～780nm。

[0024] 用烟气检测仪检测剩余NO浓度，测得ATP、MoS2、ATP/MoS2对NO的转化曲线如图3所示，从图中可以看出，MoS2对NO的转化率约为65％，ATP/MoS2对NO的转化率达90％以上。

[0025] 实施例2

[0026] 将0.97g钼酸钠、1.5g硫代乙酰胺和0.08g凹凸棒土加入60ml去离子水中超声并搅拌30min，将所得的混合液转移到反应釜中180℃下保温反应16h，过滤，滤饼经充分水洗和醇洗后置于60℃下12h烘干，得到凹凸棒/硫化钼复合材料，后续检测如实施例1。

[0027] 实施例3

[0028] 将0.97g钼酸钠、1.5g硫代乙酰胺和0.32g凹凸棒土加入60ml去离子水中超声并搅拌30min，将所得的混合液转移到反应釜中200℃下保温反应20h，过滤，滤饼经充分水洗和醇洗后置于80℃下16h烘干，得到凹凸棒/硫化钼复合材料，后续检测如实施例1。

[0029] 实施例4

[0030] 将0.97g钼酸钠、0.6g硫代乙酰胺和0.1g凹凸棒土加入60ml去离子水中超声并搅拌

[0031] 30min，将所得的混合液转移到反应釜中220℃下保温反应22h，过滤，滤饼经充分水洗和醇洗后置于70℃下20h烘干，得到凹凸棒/硫化钼复合材料，后续检测如实施例1。

[0032] 实施例5

[0033] 将0.97g钼酸钠、1.8g硫代乙酰胺和0.32g凹凸棒土加入60ml去离子水中超声并搅拌30min，将所得的混合液转移到反应釜中230℃下保温反应18h，过滤，滤饼经充分水洗和醇洗后置于80℃下24h烘干，得到凹凸棒/硫化钼复合材料，后续检测如实施例1。