[发明专利]一种磁性核壳结构碳材料及其制备方法和在脱硫上的应用

说明书

本发明提供了一种磁性核壳结构碳材料及其制备方法和在脱硫上的应用。该方法为：采用溶剂热制备氮掺杂磁性纳米粒子，将其分散于碳源溶液中进行高压加热反应，氮气氛围下焙烧后得到磁性核壳结构碳材料，进一步对该材料进行碱活性剂造孔。该磁性核壳结构碳材料具有完整的核壳结构、较大的比表面积、无定型和良好的稳定性，在高温下活化后暴露出了较多的金属活性位点，显著增强了吸附剂对芳香硫化物的吸附量和选择性；将其用于作为脱硫吸附剂在脱硫上的应用，具有吸附速率快、脱硫效率高、再生性能好、易回收，尤其针对石油燃料中的噻吩类硫化物具有较佳的脱硫效率，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于石油行业燃料加工和环境保护交叉领域，具体涉及一种磁性核壳结构碳材料及其制备方法和在脱硫上的应用。

背景技术

天然存在于燃料中的含硫化合物会在燃烧时以有毒硫化物的形式释放到空气中，导致引起环境污染和人类健康问题。为了降低燃料中的硫含量，已经开发出各种脱硫方法。

到目前为止，工业上广泛使用的处理燃料中硫化物含量方法是加氢脱硫(HDS)，其中的硫污染物转化为硫化氢和相应的烃类化合物。尽管其在去除硫醇化合物方面具有良好的性能，但是噻吩类硫化物的低效吸附，高能量和氢气消耗因，以及苛刻实验条件下伴随着辛烷值损失的等因素，不仅阻碍了其规模化的应用，而且限制了该方法的性能。

因此，基于吸附剂选择性吸附有机硫化物的吸附脱硫的方法，被认为是一种能够有效的去除噻吩类硫化物脱硫方法。现如今，在ADS工艺中研究了一系列的吸附剂，包括金属有骨架(MOF)、分子印迹聚合物(MIPs)、碳基材料、混合金属氧化物、介孔材料等，在这些吸附剂中，由于碳材料尤其石墨烯和基于MOF的碳材料具有多孔、高比表面积、表面较多的活性位点性质，使得它们可以通过物理或化学吸附实现高效的脱硫效率。因此，亟待开发出一种新型的可再生碳基材料作为脱硫催化剂成为了研究热点之一。

发明内容

针对现有技术中脱硫吸附剂存在的问题，本发明的第一目的在于提供一种磁性核壳结构碳材料的制备方法；本发明的第二目的在于提供该制备方法制备获得的磁性核壳结构碳材料；本发明的第三目的在于提供该该磁性核壳结构碳材料作为脱硫吸附剂在脱硫上的应用，具有吸附剂可再生回收，脱硫效果好等优点。

本发明的目的主要通过以下技术方案得以实现：

一方面，本发明提供一种磁性核壳结构碳材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将磁性纳米颗粒和含氮前驱体溶解于有机溶剂中，于高压条件下加热反应，反应结束后用磁铁收集固体产物，得到氮掺杂磁性纳米粒子；

步骤二，将步骤一氮掺杂磁性纳米粒子分散于碳源溶液中，于高压条件下加热反应，反应结束后用磁铁收集固体产物；

步骤三，将步骤二收集的固体产物在氮气氛围下加热焙烧，最终得到磁性核壳结构碳材料。

上述的制备方法中，优选地，所述磁性纳米颗粒与所述含氮前驱体的质量比为(0.1～1.5)：(0.5～3)。

上述的制备方法中，优选地，所述磁性纳米颗粒包括纳米铁、Fe₃O₄及其他金属铁氧体中一种或多种。

上述的制备方法中，优选地，所述含氮前驱体包括三聚氰胺、尿素、聚苯胺和缩二脲中的一种或多种。

上述的制备方法中，优选地，所述有机溶剂包括乙二醇、氨水、甲酰胺、四氢呋喃和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

上述的制备方法中的，优选地，在步骤一中，所述磁性纳米颗粒与所述含氮前驱体在有机溶剂中加热反应的温度为180-200℃；反应时间为6-12h。

上述的制备方法中，优选地，在步骤一中，反应是在聚四氟乙烯高压反应釜中进行的，反应压力为0.01MPa～0.06MPa。