一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用，具体包括以下步骤，采用了原位掺杂共沉淀的方式，以对苯二甲醛和对苯二胺作为合成席夫碱的前体，向材料中引入过渡金属，以共聚的方式镶嵌在氮掺杂碳材料骨架中，结合高温活化策略合成了金属氮掺杂多孔碳材料。本发明专利技术提供的金属氮掺杂多孔碳材料制备简单，具有高效的催化水解性能和优异的催化水解稳定性，在羰基硫脱除工艺中具有广阔的应用前景。广阔的应用前景。广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于气态硫化物脱除
，具体涉及一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]羰基硫(COS)作为高炉煤气中有机硫含量最高的气体，不仅对工业设备造成严重腐蚀还会对人类身体健康及环境造成损害，因此为了实现高炉煤气的高效清洁利用，必须进行深度脱除羰基硫。发展具有良好耐水、耐硫中毒性能的羰基硫水解催化剂是实现羰基硫高效脱除的重要途径。目前传统的水解催化剂大多是以A12O3、TiO2作为载体负载K、Na等碱金属活性组分。然而，由于羰基硫的水解需要催化剂长时间暴露在水汽中，K、Na等活性碱金属组分的流失导致其快速失活，因此，制备具有丰富结构性碱中心的羰基硫水解催化剂是目前研究的重点。
[0003]碳基材料是生物界最广泛、最容易获得的材料之一，具有可变的官能团、较大的孔体积、高的比表面积，近年来受到广泛关注。将氮原子引入碳材料中不仅可以为催化剂提供表面碱性官能团，增加催化剂中碱性位点的数量，而且还能引入大量的缺陷。一般来说，采用原位掺杂法引入氮有利于控制氮原子的锚定，使其均匀分布在碳骨架中。当金属被引入到氮掺杂的碳载体表面时，氮原子与金属相连产生新的影响，使得电荷转移更加容易，在增加活性位点的同时还能稳定金属粒子，因此，将富含碱中心的金属氮掺杂多孔碳材料作为羰基硫水解催化剂是可行的。
[0004]聚合物具有成本低产量高的优点，许多研究人员尝试将其作为前体制备新型氮掺杂碳材料，但目前大多数聚合物前体中C
‑
N单键的键能较低，在热解的过程中C
‑
N单键容易发生断裂，使得氮原子含量较低。相比之下，席夫碱形成过程中可以得到稳定的C＝N双键，C＝N(615kJ
·
mol
‑
1)的高键能降低氮在高温热解的过程中的损耗，可以实现高含量的N掺杂。以席夫碱作为氮掺杂碳材料的前驱体，并将过渡金属以共聚的方式引入至氮掺杂碳材料中，调变金属纳米粒子与碳材料之间的相互作用，有可能可以提高催化剂的稳定性。公开号为CN108630440A的中国专利具体公开了通过席夫碱化学制备高氮掺杂多孔碳材料的方法，虽然所制备的氮掺杂碳材料具有比表面积大和含氮量高的特点，但导致其中碳材料亲水性较差、稳定性不高。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料及其制备方法，并将制得的金属氮掺杂多孔碳材料用于低温下水解脱除硫化物。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0008]S1、室温且避光条件下，将对苯二胺和对苯二甲醛分别溶于无水乙醇中制得对苯二胺乙醇溶液和对苯二甲醛乙醇溶液；
[0009]S2、将对苯二甲醛乙醇溶液加入到对苯二胺乙醇溶液中，搅拌反应，在出现沉淀之前加入金属硝酸盐乙醇溶液，并持续搅拌至沉淀完全后静置；
[0010]S3、分离沉淀物，对经过步骤S2所得的沉淀物进行抽滤、洗涤并干燥，得到金属席夫碱聚合物；
[0011]S4、将预碳化的金属席夫碱聚合物与金属活化剂放入研钵中充分混合，置于管式炉中并在氮气气氛下煅烧，再使用去离子水充分洗涤至中性，干燥得到金属氮掺杂多孔碳材料。
[0012]进一步地，所述步骤S1中对苯二胺和无水乙醇的混合比例为(0.01
‑
0.1)mol：40mL；对苯二甲醛和无水乙醇的混合比例为(0.01
‑
0.1)mol：40mL。
[0013]进一步地，所述步骤S2中对苯二胺和对苯二甲醛的摩尔比为1:1。
[0014]进一步地，所述步骤S2中金属硝酸盐与对苯二胺和对苯二甲醛的摩尔比为0.1:1:1，其中，金属硝酸盐乙醇溶液中金属硝酸盐与无水乙醇溶剂的比例为0.001mol:10mL。
[0015]进一步地，所述金属硝酸盐包括硝酸镍、硝酸铁、硝酸钴、硝酸铜中的一种或多种。
[0016]进一步地，所述步骤S4中预碳化的金属席夫碱聚合物与金属活化剂的质量比为1:0.1
‑
1。
[0017]进一步地，所述步骤S4中金属活化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂中的一种或多种。
[0018]进一步地，所述步骤S4中中管式炉的升温速率为2℃/min，煅烧温度为600～900℃，煅烧时间为2h。
[0019]本专利技术的目的之二在于提供一种如上述制备方法制得的基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料。
[0020]本专利技术的目的之三在于提供一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料在羰基硫水解中的应用。
[0021]相较于现有技术，本专利技术的优势在于：
[0022](1)本专利技术中选择席夫碱作为合成氮掺杂碳材料的前驱体，克服了现有技术中碳材料亲水性较差、稳定性不高的技术问题，由于席夫碱的C＝N双键不易断裂，在高温热解下仍然可以稳定存在，同时因为金属引入后在席夫碱共聚合反应下形成了金属
‑
氮键，可以提高材料的稳定性，使得催化剂展现出了优异的羰基硫水解活性；
[0023](2)本专利技术提供的制备方法路线简单、原料易得、产品收率高，反应条件温和，易于产业化，在脱硫领域具有优异的应用前景。
附图说明
[0024]图1为依据本专利技术实施例1
‑
3制备的金属氮掺杂多孔碳材料催化剂的X射线衍射谱图；
[0025]图2为依据本专利技术实施例1
‑
3制备的金属氮掺杂多孔碳材料催化剂的氮气吸脱附等温曲线；
[0026]图3为依据本专利技术实施例1
‑
3制备的金属氮掺杂多孔碳材料催化剂和对比例1制备
的催化剂的羰基硫水解性能评价图；
[0027]图4为依据本专利技术实施例1
‑
3制备的金属氮掺杂多孔碳材料催化剂的羰基硫水解稳定性测试图。
具体实施方式
[0028]下面结合较佳实施例对本专利技术做进一步的说明，在本专利技术中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值；对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0029]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0030]实施例1
[0031]基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0032]在室温且避光的条件下，取0.01mol对苯二胺和0.01mol对苯二甲醛分别溶解在40mL无水乙醇中，分别对苯二胺乙醇溶液，记为a，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、室温且避光条件下，将对苯二胺和对苯二甲醛分别溶于无水乙醇中制得对苯二胺乙醇溶液和对苯二甲醛乙醇溶液；S2、将对苯二甲醛乙醇溶液加入到对苯二胺乙醇溶液中，搅拌反应，在出现沉淀之前加入金属硝酸盐乙醇溶液，并持续搅拌至沉淀完全后静置；S3、分离沉淀物，对经过步骤S2所得的沉淀物进行抽滤、洗涤并干燥，得到金属席夫碱聚合物；S4、将预碳化的金属席夫碱聚合物与金属活化剂放入研钵中充分混合，置于管式炉中并在氮气气氛下煅烧，再使用去离子水充分洗涤至中性，干燥得到金属氮掺杂多孔碳材料。2.如权利要求1所述的一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中对苯二胺和无水乙醇的混合比例为(0.01
‑
0.1)mol：40mL；对苯二甲醛和无水乙醇的混合比例为(0.01
‑
0.1)mol：40mL。3.如权利要求1所述的一种基于席夫碱的金属氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中对苯二胺和对苯二甲醛的摩尔比为1:1。4.如权利要求1所述的一种基于席夫碱的金属氮掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁诗景，罗雨婷，江莉龙，刘福建，彭小波，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：