[发明专利]一种夹层状石墨烯气凝胶基催化剂滤料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种夹层状石墨烯气凝胶基催化剂滤料及其制备方法，首先利用氯化亚砜在合成氧化石墨烯的同时将其氯掺杂，使其获得较多的Cl官能团和缺陷。在形成气凝胶后，再通过与活化过后PPS表面的含氧官能团脱水缩合作用将其吸附在滤料表面成为中间层，之后由于覆盖在PPS表面的氧化石墨烯气凝胶的众多含氧官能团，能够与醋酸铈相互反应，将Ce³⁺牢固的结合在氯掺杂石墨烯气凝胶的表面。最后，再以高锰酸钾为氧化剂，在氯掺杂石墨烯气凝胶表面发生氧化还原反应，使锰铈氧化物催化剂原位生长在氯掺杂石墨烯气凝胶的表面，形成最外层的催化剂层，最终制备负载夹层状氯掺杂石墨烯气凝胶复合脱硝抗硫滤料。

技术领域

本发明属于功能性复合滤料技术领域，特别涉及到制备一种夹层状氯掺杂石墨烯复合滤料，以及在其表面原位生长高效脱硝抗硫二元Mn-CeO_x催化剂的技术。

背景技术

随着中国工业化进程的迅速发展，伴随着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，大气污染的产生导致了人们的生活、健康、工作和大自然等都遭受到了较为恶劣的破坏。目前，空气污染源可以分为固定污染源和流动污染源，其污染源的污染物主要是由于煤炭燃烧而产生，包括了 PM2.5、PM10、二氧化硫、氮氧化物和二氧化氮等，这些气体会对环境造成雾霾、酸雨、光化学烟雾和温室效应等危害。

众所周知，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，而这些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。从2011年开始，我国的环境保护部门为了控制煤炭的燃烧而造成的严重空气污染问题联合国家质量监督检疫总局颁布了《火电厂大气污染物排放标准(GBl3223-2011)》，目的在于控制大气污染物的排放量以及火力发电产业结构，促进火力发电行业的健康可持续发展。虽然其排放量相比起许多发达国家和其他行业来说还是高出许多。但规定颁布以来，我国的煤炭消费比例出现了明显的下降，相代替的原油、天然气以及风电水电核能的消费比例出现了上升。但是，从我国2017年能源消费比重可以看出，煤炭资源的消费还是高居不下，消费比重达到60%左右。燃煤的设备当中，特别是电厂的锅炉排出的氮氧化物排放量最为严重，占到了全国总排放量的36.1%以上，烟尘的排放量占到40%以上。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。

石墨烯气凝胶就是一种典型的三维石墨烯材料，是一种具有高比表面积、高孔隙率、良好的导电与导热性以及优异机械强度的新型纳米功能材料，在能源存储与转换、催化、吸附及传感等领域受到广泛关注。石墨烯片层单元能在石墨烯气凝胶材料(氧化石墨烯气凝胶、还原氧化石墨烯气凝胶、化学气相沉积石墨烯气凝胶及复合气凝胶与元素掺杂气凝胶)制备中的组装行为。

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Mn-CeO_x成功的原位生长在氯掺杂型石墨烯气凝胶复合滤料上。

发明内容

本发明的目的是要在自制的氯掺杂氧化石墨烯复合滤料上原位生长高效的脱硝抗硫二元催化剂。由于原位生长的方法，使二元催化剂在氯掺杂石墨烯复合滤料表面负载均匀且牢固。首先利用氯化亚砜在合成氧化石墨烯的同时将其氯掺杂，使其获得较多的Cl官能团和缺陷。在形成气凝胶后，再通过与活化过后PPS表面的含氧官能团脱水缩合作用将其吸附在滤料表面成为中间层，之后由于覆盖在PPS表面的氧化石墨烯气凝胶的众多含氧官能团，能够与醋酸铈相互反应，将Ce³⁺牢固的结合在氯掺杂石墨烯气凝胶的表面。最后，再以高锰酸钾为氧化剂，在氯掺杂石墨烯气凝胶表面发生氧化还原反应，使锰铈氧化物催化剂原位生长在氯掺杂石墨烯气凝胶的表面，形成最外层的催化剂层，最终制备负载夹层状氯掺杂石墨烯气凝胶复合脱硝抗硫滤料。