二硫化鉬-石墨烯催化劑的制備、表征及其羰基硫加氫性能研究.pdf

1、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)，它是高效利用煤炭資源的重要途徑，而煤氣的“脫硫凈化”是其關(guān)鍵工藝之一。羰基硫(COS)是煤加工轉(zhuǎn)化過(guò)程中不可避免的有機(jī)硫化合物，因其化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定而較難脫除。催化加氫法具有COS轉(zhuǎn)化率高，并且可以利用煤氣中的氫氣而無(wú)需其他氫源的優(yōu)勢(shì)。但是，傳統(tǒng)的加氫脫硫催化劑(γ-Al2O3負(fù)載Co(Ni)-Mo的氧化物）所需反應(yīng)溫度較高(＞320℃)，操作條

2、件苛刻，還需要預(yù)硫化過(guò)程，限制了其廣泛應(yīng)用。因此，尋求新型的載體材料或者改性活性組分的新型脫硫催化劑意義重大。
　　二硫化鉬(MoS2)是典型的過(guò)渡金屬硫化物，具有優(yōu)異的加氫活性，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)加氫反應(yīng)中。石墨烯是近年崛起的新興碳材料，具有延展的二維平面、較大的比表面積、高的電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，由石墨烯與無(wú)機(jī)納米粒子構(gòu)筑的復(fù)合催化劑已在燃料電池電催化、碳-碳偶聯(lián)反應(yīng)、光催化和加氫催化反應(yīng)中展示出卓越的性能。因此，針對(duì)目前COS

3、加氫脫硫催化劑的現(xiàn)狀，本論文致力于構(gòu)筑二硫化鉬/石墨烯復(fù)合催化體系，研究其組成、結(jié)構(gòu)與COS加氫脫硫性能之間的關(guān)系，從以下幾方面展開(kāi)工作，得到了一系列新穎的結(jié)果。
　　以硫鉬酸銨(ATTM)為鉬前驅(qū)體、功能化石墨烯(FGS)為載體和微波吸附材料，通過(guò)微波輔助法實(shí)現(xiàn)了石墨烯擔(dān)載納米MoS2催化劑(M-MoS2/GS)的快速制備。與傳統(tǒng)退火法制備的石墨烯負(fù)載催化劑T-MoS2/GS和椰殼活性炭負(fù)載催化劑MoS2/AC相比，微波法制備的

4、M-MoS2/GS具有優(yōu)良的COS催化加氫活性和穩(wěn)定性。通過(guò)詳盡的分析表征手段揭示了M-MoS2/GS催化劑顯示高催化活性的原因是:石墨烯高效的微波吸收性能提供了快速加熱條件，使負(fù)載的ATTM快速分解，得到高度分散在石墨烯片層表面的納米MoS2粒子（粒徑約20 nm），有效保證了催化劑的活性。
　　采用水熱合成法，實(shí)現(xiàn)了硫鉬酸銨/氧化石墨(ATTM/GO)前驅(qū)體的原位一步還原，得到了具有三維宏觀(guān)形貌的整體式二硫化鉬/石墨烯組裝體(

5、3D-MoS2/G)催化劑。與浸漬法和液相還原法制備的MoS2/G催化劑，以及傳統(tǒng)的MoS2/γ-Al2O3催化劑相對(duì)照，結(jié)果表明，3D-MoS2/G整體催化劑較其他催化劑對(duì)COS加氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)具有優(yōu)異的催化活性，通過(guò)微波輻射處理，還可進(jìn)一步增強(qiáng)該組裝體催化劑的脫硫性能。
　　此外，鑒于MoS2是典型的層狀化合物，具有類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)的MoS2在催化領(lǐng)域的應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，分別采用水熱合成和固相合成途徑，制備了兩種少層結(jié)構(gòu)的MoS2