一種煤液化用FeS2納米管催化劑的製備方法與流程
2023-04-25 04:15:41 3
本發明專利涉及一種煤液化用fes2納米管催化劑的製備方法，屬於納米材料製備領域。
背景技術：
在煤液化催化劑中，催化劑由於其特有的低價易得且不會對環境帶來負面影響而成為煤液化催化劑的首選，而目前有關煤液化催化劑的製備研究多集中在負載型催化劑及小尺寸納米離子催化劑的製備上，而有關特殊形貌的納米催化劑在煤液化方面的製備研究目前尚且沒有相關報導，本發明創新之處在於以對煤液化催化反應具有較好催化性能的fes2為目標產物，提出一種可以大量製備的fes2納米管的合成製備方法。
fes2納米材料近年來由於在光學器件、電極材料、催化劑等領域所表現出的優異特性，對於其的製備與研究也越來越多，fes2納米管材料其一維納米結構由於同時具備了較高的比表面積和長徑比，引起了不少研究人員的關注。目前有關fes2納米管的研究已有報導，2015年shi等【shix,tiana,xuex,etal.synthesisoffes2(pyrite)nanotubethroughsulfurationoffe2o3nanotube.materialsletters,2015,141：104-106.】通過在含有水和nh4f的乙二醇溶液中利用電化學陽極氧化法在fe片上製備了fe3o4納米管前軀體，通過將前軀體與一定量的硫粉(按加熱溫度下硫蒸汽壓力80kpa計算)在真空管式爐中經兩段加熱處理後，最終製得直徑90±10nm，壁厚15±2nm的fes2納米管，所得fes2納米管排列緊密有序。2016年，wang等【wangm,xued,qinh,etal.preparationoffes2nanotubearraysbasedonlayer-by-layerassemblyandtheirphotoelectrochemicalproperties.materialsscienceandengineering:b,2016,204：38-44.】以zno納米棒為模板，利用逐層組裝的方式也成功製備出了fe2o3納米管前軀體，經進一步硫化處理後得到fes2納米管；li等【liy,hanz,jiangl,etal.template-directedsynthesisoforderedironpyrite(fes2)nanowiresandnanotubesarrays.journalofsol-gelscienceandtechnology,2014,72(1):100:105.】同樣以模板法為基礎，利用aao為模板在穩定劑存在的條件下，通過浸漬的方式製備了管狀納米fe2o3前軀體，同樣經500℃硫化處理及去除模板後最終得到fes2納米管。
以上合成路線在製備過程中，合成路線較為複雜，前驅體fe2o3納米管的製備過程需要依靠於硬模板來合成，不適用於大量製備合成，而模板的脫除過程無疑使合成路線變得繁瑣。
技術實現要素：
本發明專利採用sdbs(十二烷基苯磺酸鈉)作為軟模板劑，提供了一種工藝簡單，適於大量合成的煤液化用fes2納米管的製備方法，該方法所製備的fes2納米管工藝簡單，離散性更好。
一種煤液化用fes2納米管催化劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)分別將sdbs、fecl3·6h2o和naoh配置成濃度為0.02mol/l的sdbs溶液、濃度為0.4mol/l的fecl3溶液和濃度為2mol/l的naoh溶液，其中sdbs和fecl3·6h2o的摩爾比為1：(3.3～3.5)，naoh和fecl3·6h2o的摩爾比為(2.4～2.6)：1；
(2)在60℃下，將所製得的sdbs溶液中邊攪拌邊滴入所製得的fecl3溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌10min，得到混合溶液a；
(3)在60℃下，將步驟(2)所得混合溶液a中邊攪拌邊滴入所製得的naoh溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌30min，得到反應溶液b；
(4)將步驟(3)所得的反應溶液b放入反應釜中，在180℃下水熱處理12h；
(5)將步驟(4)所得的產物進行離心分離，並依次用去離子水和乙醇多次洗滌，然後放入烘箱中乾燥，再在500℃下焙燒2小時，得到fe2o3納米管前驅體固體粉末；
(6)將fe2o3納米管前驅體固體粉末和升華硫(所述升華硫的添加量根據pv＝nrt，按反應溫度下蒸汽壓80kpa計算，即其中，p為80kpa，v為安瓿瓶的體積，r為常數，t為反應溫度，n為升華硫物質的量)加入到安瓿瓶中，將安瓿瓶用氮氣反覆吹掃幾次後，在抽真空條件下進行密封，將密封后的安瓿瓶放置在馬弗爐中，在400℃下反應1～3小時；
(7)將步驟(6)所得產物用cs2和乙醇反覆離心多次洗滌，再將洗滌後的產物在50℃下真空乾燥8～10小時，即得到fes2納米管。
優選地，所述sdbs和fecl3·6h2o的摩爾比為1：3.4。
優選地，所述naoh和fecl3·6h2o的摩爾比為2.5：1。
煤液化用fes2納米管催化劑的製備方法具有以下有益效果：
(1)採用sdbs作為模板劑合成fe2o3納米管前驅體，模板為軟模板，易於脫模，合成過程簡單。
(2)本發明專利所製備fes2納米管，工藝簡單，離散性更好，適合大規模工業化生產。
附圖說明
圖1是sdbs與fecl3·6h2o的摩爾比為1:3.4，naoh與fecl3·6h2o的摩爾比為2.5:1時所得fe2o3納米管前驅體固體粉末的sem圖。
圖2是sdbs與fecl3·6h2o的摩爾比為1:3.4，naoh與fecl3·6h2o的摩爾比為2.5:1時硫化後得到的煤液化用fes2納米管催化劑的sem圖。
圖3是sdbs與fecl3·6h2o的摩爾比為1:3.4，naoh與fecl3·6h2o的摩爾比為2.5:1時硫化後得到的煤液化用fes2納米管催化劑的xrd圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，對本發明做進一步說明：
實施例1
當sdbs與fecl3·6h2o的摩爾比為1:3.3，naoh與fecl3·6h2o的摩爾比為2.4:1時，分別稱取0.4167g的sdbs、1.0652g的fecl3·6h2o和0.3787g的naoh備用；將所稱取的sdbs配置成濃度為0.02mol/l的sdbs溶液；將所稱取的fecl3·6h2o配置成濃度為0.4mol/l的fecl3溶液；將所稱取的naoh配置成濃度為2mol/l的naoh溶液。
在60℃下，將所製得的sdbs溶液中邊攪拌邊滴入所製得的fecl3溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌10min，得到混合溶液a1；繼續在60℃攪拌條件下，將混合溶液a1中邊攪拌邊逐滴加入所製得的naoh溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌30min，得到反應溶液b1。
將反應溶液b1放入反應釜中，在180℃下水熱處理12h，然後將水熱反應產物進行離心分離，並依次用去離子水和乙醇多次洗滌，然後放入烘箱中乾燥，再在500℃下焙燒2小時，得到fe2o3納米管前驅體固體粉末。
將fe2o3納米管前驅體固體粉末和升華硫(升華硫的添加量根據pv＝nrt，按反應溫度下蒸汽壓80kpa計算，即其中，p為80kpa，v為安瓿瓶的體積，r為常數，t為反應溫度，n為升華硫物質的量)加入到安瓿瓶中，將安瓿瓶用氮氣反覆吹掃幾次後，在抽真空條件下進行密封，將密封后的安瓿瓶放置在馬弗爐中，在400℃下反應2小時；將安瓿瓶中反應所得到的產物用cs2和乙醇反覆離心多次洗滌，再將洗滌後的產物在50℃下真空乾燥9小時，得到硫化後的fes2納米管。
實施例2
當sdbs與fecl3·6h2o的摩爾比為1:3.3，naoh與fecl3·6h2o的摩爾比為2.6:1時，分別稱取0.4079的sdbs、1.0430g的fecl3·6h2o和0.4020g的naoh備用；將所稱取的sdbs配置成濃度為0.02mol/l的sdbs溶液；將所稱取的fecl3·6h2o配置成濃度為0.4mol/l的fecl3溶液；將所稱取的naoh配置成濃度為2mol/l的naoh溶液。
在60℃下，將所製得的sdbs溶液中邊攪拌邊滴入所製得的fecl3溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌10min，得到混合溶液a2；繼續在60℃攪拌條件下，將混合溶液a2中邊攪拌邊逐滴加入所製得的naoh溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌30min，得到反應溶液b2。
將反應溶液b2放入反應釜中，在180℃下水熱處理12h，然後將水熱反應產物進行離心分離，並依次用去離子水和乙醇多次洗滌，然後放入烘箱中乾燥，再在500℃下焙燒2小時，得到fe2o3納米管前驅體固體粉末。
將fe2o3納米管前驅體固體粉末和升華硫(升華硫的添加量根據pv＝nrt，按反應溫度下蒸汽壓80kpa計算，即其中，p為80kpa，v為安瓿瓶的體積，r為常數，t為反應溫度，n為升華硫物質的量)加入到安瓿瓶中，將安瓿瓶用氮氣反覆吹掃幾次後，在抽真空條件下進行密封，將密封后的安瓿瓶放置在馬弗爐中，在400℃下反應2小時；將安瓿瓶中反應所得到的產物用cs2和乙醇反覆離心多次洗滌，再將洗滌後的產物在50℃下真空乾燥9小時，得到硫化後的fes2納米管。
實施例3
當sdbs與fecl3·6h2o的摩爾比為1:3.5，naoh與fecl3·6h2o的摩爾比為2.4:1時，分別稱取0.3927g的sdbs、1.0651g的fecl3·6h2o和0.3786g的naoh備用；將所稱取的sdbs配置成濃度為0.02mol/l的sdbs溶液；將所稱取的fecl3·6h2o配置成濃度為0.4mol/l的fecl3溶液；將所稱取的naoh配置成濃度為2mol/l的naoh溶液。
在60℃下，將所製得的sdbs溶液中邊攪拌邊滴入所製得的fecl3溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌10min，得到混合溶液a3；繼續在60℃攪拌條件下，將混合溶液a3中邊攪拌邊逐滴加入所製得的naoh溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌30min，得到反應溶液b3。
將反應溶液b3放入反應釜中，在180℃下水熱處理12h，然後將水熱反應產物進行離心分離，並依次用去離子水和乙醇多次洗滌，然後放入烘箱中乾燥，再在500℃下焙燒2小時，得到fe2o3納米管前驅體固體粉末。
將fe2o3納米管前驅體固體粉末和升華硫(升華硫的添加量根據pv＝nrt，按反應溫度下蒸汽壓80kpa計算，即其中，p為80kpa，v為安瓿瓶的體積，r為常數，t為反應溫度，n為升華硫物質的量)加入到安瓿瓶中，將安瓿瓶用氮氣反覆吹掃幾次後，在抽真空條件下進行密封，將密封后的安瓿瓶放置在馬弗爐中，在400℃下反應2小時；將安瓿瓶中反應所得到的產物用cs2和乙醇反覆離心多次洗滌，再將洗滌後的產物在50℃下真空乾燥9小時，得到硫化後的fes2納米管。
實施例4
當sdbs與fecl3·6h2o的摩爾比為1:3.5，naoh與fecl3·6h2o的摩爾比為2.6:1時，分別稱取0.4075g的sdbs、1.1048的fecl3·6h2o和0.4256g的naoh備用；將所稱取的sdbs配置成濃度為0.02mol/l的sdbs溶液；將所稱取的fecl3·6h2o配置成濃度為0.4mol/l的fecl3溶液；將所稱取的naoh配置成濃度為2mol/l的naoh溶液。
在60℃下，將所製得的sdbs溶液中邊攪拌邊滴入所製得的fecl3溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌10min，得到混合溶液a4；繼續在60℃攪拌條件下，將混合溶液a4中邊攪拌邊逐滴加入所製得的naoh溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌30min，得到反應溶液b4。
將反應溶液b4放入反應釜中，在180℃下水熱處理12h，然後將水熱反應產物進行離心分離，並依次用去離子水和乙醇多次洗滌，然後放入烘箱中乾燥，再在500℃下焙燒2小時，得到fe2o3納米管前驅體固體粉末。
將fe2o3納米管前驅體固體粉末和升華硫(升華硫的添加量根據pv＝nrt，按反應溫度下蒸汽壓80kpa計算，即其中，p為80kpa，v為安瓿瓶的體積，r為常數，t為反應溫度，n為升華硫物質的量)加入到安瓿瓶中，將安瓿瓶用氮氣反覆吹掃幾次後，在抽真空條件下進行密封，將密封后的安瓿瓶放置在馬弗爐中，在400℃下反應2小時；將安瓿瓶中反應所得到的產物用cs2和乙醇反覆離心多次洗滌，再將洗滌後的產物在50℃下真空乾燥9小時，得到硫化後的fes2納米管。
實施例5
當sdbs與fecl3·6h2o的摩爾比為1:3.4，naoh與fecl3·6h2o的摩爾比為2.5:1時，分別稱取0.4043g的sdbs、1.0647g的fecl3·6h2o和0.3945g的naoh備用；將所稱取的sdbs配置成濃度為0.02mol/l的sdbs溶液；將所稱取的fecl3·6h2o配置成濃度為0.4mol/l的fecl3溶液；將所稱取的naoh配置成濃度為2mol/l的naoh溶液。
在60℃下，將所製得的sdbs溶液中邊攪拌邊滴入所製得的fecl3溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌10min，得到混合溶液a5；繼續在60℃攪拌條件下，將混合溶液a5中邊攪拌邊逐滴加入所製得的naoh溶液，然後繼續在60℃下均勻攪拌30min，得到反應溶液b5。
將反應溶液b5放入反應釜中，在180℃下水熱處理12h，然後將水熱反應產物進行離心分離，並依次用去離子水和乙醇多次洗滌，然後放入烘箱中乾燥，再在500℃下焙燒2小時，得到fe2o3納米管前驅體固體粉末，其sem檢測結果見圖1所示。
將fe2o3納米管前驅體固體粉末和升華硫(升華硫的添加量根據pv＝nrt，按反應溫度下蒸汽壓80kpa計算，即其中，p為80kpa，v為安瓿瓶的體積，r為常數，t為反應溫度，n為升華硫物質的量)加入到安瓿瓶中，將安瓿瓶用氮氣反覆吹掃幾次後，在抽真空條件下進行密封，將密封后的安瓿瓶放置在馬弗爐中，在400℃下反應2小時；將安瓿瓶中反應所得到的產物用cs2和乙醇反覆離心多次洗滌，再將洗滌後的產物在50℃下真空乾燥9小時，即得到硫化後的fes2納米管，其sem檢測結果見圖2所示，其xrd檢測結果見圖3所示。
當然，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不僅限於上述舉例，本技術領域的技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。