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本文采用单分子层剥离-重堆技术,在二硫化钼夹层中插入Ni2+,组装成Ni—MoS2复合材料;金属Al3+、稀土金属La3+、非金属P分别对Ni—MoS2进行掺杂和改性,得到Al/Ni—MoS2、La/Ni—MoS2、P/Ni—MoS2复合材料,以抽余油、硝基苯、环丁烯砜、二苯并噻吩、喹啉催化加氢为探针反应,考察了无机离子(Ni2+、Al3+、La3+)撑柱MoS2、非金属P与MoS2夹层之间的相互作用及其对催化反应的影响,确定了最佳反应工艺条件。通过x粉末衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT—IR)、拉曼光谱(Raman)、热重—热分析(TG—DSC)、紫外—热分析(UV—DSC)、程序升温还原(TPR)、电感耦合—等离子发射光谱(ICP—AES)、比表面(BET)等检测方法,揭示了二硫化钼复合材料微观结构和催化加氢性能。
本文所得结论如下:
(1)在超声波作用下,正丁基锂柱插MoS2夹层,合成了前驱体LixMoS2。由原子吸收光谱得到x=0.93~0.96;通过XRD、FT—IR、UV—vis检测,揭示了LixMoS2的微观结构和内在规律性,证实了LixMoS2为亚稳态的八面体构型,LixMoS2的DSC曲线上的放热峰也可以对此进行较合理的解释。本研究为进一步合成高活性、高选择性的柱撑MoS2加氢催化剂及生产高附加值的二硫化钼提供实验依据。
(2)超声波辅助下,采用单分子层剥离—重堆技术,合成了Ni—MoS2、Al/Ni—MoS2、La/Ni—MoS2、P/Ni—MoS2复合材料。
(3)以抽余油催化加氢为探针反应,考察了Ni—MoS2复合材料加氢脱硫、加氢脱芳的活性。抽余油催化加氢制备特种溶剂油最佳反应条件:n(Ni):n(Mo)=0.06、氢气压力6.0 MPa、反应温度633 K,抽余油加氢脱硫(HDS)的转化率为99.2%,加氢脱芳烃(HDAr)的转化率达到了98.7%。
(4)以Al/Ni—MoS2为催化剂,硝基苯液相催化加氢为探针反应,考察了Al/Ni—MoS2催化活性。结果表明,硝基苯加氢制备苯胺最佳反应条件为:反应温度383 K、H2压力2.0 MPa、液时空速3h-1、n(Ni):n(Al)=0.5,此时硝基苯的转化率为99.1%,苯胺的收率为98.8%。
(5)利用吸附法,系统考察了活性炭、离子交换树脂精制环丁烯砜的方案,重点对环丁烯砜、环丁砜的FT—IR谱图进行解析,弥补了该方面的研究空白,为深层研究其微观结构,开拓其应用空间,提供了基础实验数据。活性炭、离子交换树脂串联去除工业级环丁烯砜杂质的效果最佳。利用精制的环丁烯砜催化加氢,合成出了高纯度的环丁砜,环丁烯砜转化率大于99.8%。
(6)采用La/Ni—MoS2为加氢催化剂,以精制后的环丁烯砜催化加氢为探针反应,考察其催化活性。环丁烯砜催化加氢制备环丁砜最佳反应条件:n(La):n(Ni)=0.05、氢气压力2.5 MPa、反应温度333 K,环丁烯砜转化率为99.8%,环丁砜收率达到了95.5%。由于镧的特殊外层电子结构,La3+在La/Ni—MoS2的添加量直接关系到催化活性和选择性。La3+的添加,增多了还原态Ni,使活性中心明显增多。
(7)以二苯并噻吩、喹啉催化加氢为探针反应,P/Ni—MoS2复合材料为加氢催化剂,考察了P/Ni—MoS2催化活性。结果表明,P/Ni—MoS2具有很强的加氢脱硫、脱氮活性和选择性,P元素的最佳添加量为2.05wt%,二苯并噻吩、喹啉的转化率分别达到了98.2%、99.8%。XRD、FT—IR、BET的分析检测,揭示了P/Ni—MoS2催化剂的微观结构和内在规律性。
(8)MoS2复合材料具有高催化活性、高选择性、抗硫中毒性、环境友好性等优点,是一种很有应用前景的催化剂。