[发明专利]一种自组装脱硝抗硫催化剂原位生长的氮掺杂石墨烯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自组装脱硝抗硫催化剂原位生长的氮掺杂石墨烯及其制备方法，其是以氧化石墨烯为前驱体，利用2,4,6‑三氨基嘧啶和三聚氰酸制备改性氮掺杂石墨烯，然后以其为催化剂载体，在其表面原位生长三元Mn‑Ce‑SnO_x催化剂而制得。本发明中自组装的三元Mn‑Ce‑SnO_x催化剂通过表面原位生长的方式均匀、牢固的负载在改性氮掺杂石墨烯表面，可使所得复合材料在具有高效脱硝能力的同时具有较好的抗硫能力。

技术领域

本发明属于石墨烯复合催化材料技术领域，具体涉及一种表面原位生长自组装三元脱硝抗硫催化剂Mn-Ce-SnO_x的N掺杂石墨烯及其制备方法。

背景技术

随着中国工业化进程的迅速发展，产生了许多不可避免的污染，其中大气污染是众多污染中最为严重也是最受关注的问题。大气污染的产生对人们的生活、健康、工作和大自然等都造成了较为恶劣的影响。目前，空气污染源主要是由于煤炭燃烧而产生的污染物，包括了PM2.5、PM10、二氧化硫、氮氧化物和二氧化氮等，这些气体会造成雾霾、酸雨、光化学烟雾和温室效应等危害。

总所周知，由于我国大力推动基础设施的建设和制造业的发展所带来的大量电力需求都需要依靠煤炭的燃烧来提供能量，因此我国的煤炭资源的使用量是巨大的。可以预测在接下来的几年内，煤炭依旧是供能的主要来源，因此今后对于燃煤造成的污染治理要求也会越来越严格。

研究者们观察到，在某些催化剂中混入少量的石墨烯或者氧化石墨烯可以促进氧化反应速率。研究中发现，在氧化石墨烯催化反应中使用H₂O₂作为氧化剂，苯可以被一步氧化为苯酚。有研究中使用还原氧化石墨烯做为催化剂，研究室温下硝基苯的还原反应，结果显示了较高的反应活性和稳定性。还有实验表明在氧化石墨烯边缘不饱和的碳原子或者氧化石墨烯表面的缺陷可能是催化活性的中心。

已商业化的钒钛体系催化剂起活温度高（300℃），难以在烟气处理系统末端应用，且安装运行费用较高。因此，经济性高且适用于末端处理的低温SCR技术成为研究人员关注的热点。无载体MnO_x-CeO₂催化剂是目前此类报道中低温SCR活性最高的，温度在120℃时NO_x可几乎完全转化为N₂，但还没有合适的技术将其成功的原位生长在石墨烯上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自组装脱硝抗硫催化剂原位生长的氮掺杂石墨烯及其制备方法，其通过使催化剂在石墨烯表面原位生长的方式，使自组装的三元催化剂在石墨烯表面均匀、牢固的负载。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自组装脱硝抗硫催化剂原位生长的氮掺杂石墨烯，其是以氧化石墨烯为前驱体，利用2,4,6-三氨基嘧啶和三聚氰酸制备改性氮掺杂石墨烯，然后以其为催化剂载体，在其表面原位生长三元Mn-Ce-SnO_x催化剂，而制得高效的Mn-Ce-SnO_x/rGO@TAP-CA脱硝抗硫催化剂复合材料。该复合材料中三元催化剂能牢固结合在石墨烯表面，且在脱硝的同时具有较好的抗硫能力。

所述自组装脱硝抗硫催化剂原位生长的氮掺杂石墨烯的制备方法包括以下步骤：

一、改性氮掺杂石墨烯的制备

（1）将1g石墨加入150mL烧杯中，加入40mL浓硫酸后置于水浴锅室温搅拌，至充分溶解，然后每隔10min加0.2g的KMnO₄，至KMnO₄的加入量为5g；

（2）KMnO₄全部加入完毕之后，将水温升至50℃，搅拌反应1h，之后加入0.5g的2,4,6-三氨基嘧啶（TAP），充分溶解并继续反应1h之后，加入0.5g三聚氰酸（CA），充分溶解并继续反应1h后加入80ml去离子水；