【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料制备及环境催化，具体涉及一种mxene基硫高值化催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、硫化氢（h2s）是一种无色、有刺激性气味的气体，具有强烈的毒性和高度易燃性，作为煤、石油和天然气等为原料的化工生产过程中伴生的剧毒气体，h2s不仅会使下游催化剂中毒而失活，还会严重污染生态环境。克劳斯（claus）法常用于处理含硫废气，但该反应需在较高温度下进行，且由于受到反应热力学平衡限制，大约5 %的h2s难以脱除。同时该反应仅能回收h2s中的硫资源，而氢资源则氧化生成废水被无用排放。因此，绿色经济利用h2s中的h与s元素，并转化为高附加值化学品，不仅可以保障化工过程的安全生产，也能产生巨大的经济效益，是脱硫工业催化研究领域的前沿课题也是重点发展方向。
2、芳香苯胺及其衍生物是一类重要的有机化合物，在化学工业、医药领域、材料科学、染料工业等领域有重要的应用价值。同时由于硝基化合物普遍价格低廉，从硝基化合物还原制备芳胺是工业中的常见方案。硝基化合物还原制备芳胺的方法主要包括氢气还原法、金属还原法、硫化碱还原法、金属氢化物还原法、电化学还原法以及光化学还原法等。对于常见的氢气还原法，一方面需要使用较为危险的氢气，另一方面需要保证较大的温度与压力，对设备要求高、投资大，同时常伴随有脱卤的现象。金属还原法、硫化碱还原法则应过程中因为过程中产生大量的废水废渣，存在环境污染以及后处理等问题。金属氢化物还原法则受制于金属氢化物本身属于易燃易爆的还原剂，而难以开展大规模利用。电化学还原法与光化学还原法则仅有小规模应用，且对
3、催化氢转移还原法是一种常见的有机合成方法，广泛应用于有机反应中。它通过使用催化剂和氢源来实现化合物间的氢转移和还原反应。在这种方法中，催化剂起到了促进反应的作用，使反应更加低耗高效。催化氢转移还原法能够实现多种有机物的转化，这大大降低了设备的要求。在反应中，催化剂能够提供活性位点，吸附反应物并促使其发生氢转移。h2s具有还原性可作为氢源参与反应，将硝基或其他氢受体还原成相应的基团。这不仅能实现硫资源的回收，还能使氢资源得到高效利用，而实现上述过程的关键在于开发高性能的催化剂。
4、mxene是一类新型碳/氮化物二维层状材料，一般通过利用化学刻蚀的手段通过选择性刻蚀掉前驱体max相中的a原子层而得到。其通式可表示为mn+1xntx，其中m代表前过渡金属, x代表碳和/或氮，tx代表mxene在刻蚀过程中产生的附着在其表面的官能团（-oh、=o等）。mxene的特殊层状结构为具带来良好的负载性能和传质能力, 同时表面带有丰富的官能团，这都使其成为催化氢转移催化剂理想的载体。由于mxene独特的化学稳定性和负载能力，它常作为表面活性很强的环境友好型二维催化剂载体, 起到对反应体系中活性组分与反应物极好的吸附效果。与此同时mxene不仅在溶液中展现出优异的吸附性能, 还能够大量吸附气体，这正符合h2s催化氢转移还原法的要求。
5、但是传统的mxene合成方式依赖氟化氢等高腐蚀性的刻蚀剂剥蚀al层，这会导致严重的仪器腐蚀与环境污染，同时氟化氢本身价格较高且难以储存。基于此，本专利技术创造性开发出一种绿色的方法制备层状的mxene催化剂，并将其应用于h2s还原芳硝基制胺反应中。我们以碳钛化铝为原料，无水氯化铜为蚀刻剂，通过研磨、焙烧、搅拌、干燥处理，在得到mxene中间产物的同时也在熔融蚀刻过程中得到大量cu物种。由于cu位点在氢转移中活性高、催化性能稳定，所以我们将上述中间产物经过过硫酸铵溶液氧化分散，实现了cu活性组分高分散地锚定在mxene载体上，并最终得到具有层状结构的mxene催化剂。本专利技术为mxene催化剂的绿色制备提供了借鉴，具有广阔深远的研究意义，同时所制备的催化剂可高效实现h2s还原芳硝基为胺基，也进一步拓展了mxene催化剂的应用领域。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种层状的mxene材料的合成方法及其应用，解决现有技术中h2s脱硫催化活性和原子利用率低等问题。对mxene材料进行熔融制备，与氟化氢蚀刻相比不但可以减少环境污染，调节载体性能，还能增加材料的催化能力，同时保留其负载性能高、循环稳定性强的特点。而通过调控氧化分散的时间可以调节活性位点的电子结构以及分散程度，使层状结构暴露更多活性位点，在催化h2s转化硝基芳烃的反应中方面展现出优异的催化活性和稳定性。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种mxene硫高值化催化剂的制备方法包括以下步骤：
4、a. 将碳钛化铝、氯化钾、氯化钠以及无水氯化铜混合置入球磨机中以400~600rpm球磨30 min，后收集粉末备用；
5、b. 将步骤a中所获得的粉末移入管式炉中，在通氩气的情况下，经高温焙烧保持30~36 h后自然冷却，取出粉末后过200目筛研磨备用；
6、c. 将步骤b中的粉末转移到磁力搅拌器上，使用乙醇水搅拌洗涤，而后抽滤干燥处理，得到层状的mxene材料中间体；
7、d. 量取100~300 ml氧化剂溶液，而后加入0.1~0.2 g步骤c所获得的中间体，搅拌反应后使用乙醇水洗涤，而后抽滤干燥处理，得到层状的mxene材料，即mxene基硫高值化催化剂；
8、进一步地，步骤a中所述碳钛化铝、氯化钾、氯化钠、无水氯化铜的摩尔比为1：2：2：3~4。
9、进一步地，步骤b所述焙烧的升温速率为3~5 ℃/min，焙烧温度为650~750 ℃，焙烧时间为30 h。
10、进一步地，步骤c所述烘干是于60~80 ℃下真空干燥4~8 h。
11、进一步地，步骤d中氧化剂是过硫酸铵的水溶液，浓度为0.1 m，搅拌时间为30~120min。
12、进一步地，步骤d所述烘干是于60~80 ℃下真空干燥8~10 h。
13、进一步地，所得层状的mxene材料经过硫酸的乙醇溶液洗涤，可用于h2s转化芳硝基化合物的反应中，其反应温度为90 ℃。
14、进一步地，层状的mxene用于催化h2s转化硝基芳烃的具体条件为：反应底物为硝基苯102 μl；以40 ml n,n-二甲基乙酰胺为分散介质；搅拌速率 180 rpm；反应器容积100ml；催化剂用量为50 mg，助剂为碳酸钾20 mg；原料气：5 wt％ h2s/n2；反应压力1.5 mpa；反应时间为2 h；反应温度为90 ℃。
15、本专利技术的有益效果在于：
16、（1）本专利技术所制得的层状的mxene通过调控氧化分散时间合成出更好的铜活性组分，提高了催化活性，且层状结构拥有较大的比表面积，有利于产物的脱附，提高材料的循环稳定性。
17、（2）本专利技术所制得的mxene，通过熔融蚀刻法与氧化分散，使得铜元素更分散在更大的比表面积上，有利于活性组分的充分暴露，进一步提升催化活性。且高活性的催化剂金属掺杂量较少、制备过程本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种MXene基硫高值化催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中所述前驱体为碳钛化铝，钾盐为氯化钾，钠盐为氯化钠，金属盐为无水氯化铜；前驱体、钾盐、钠盐和金属盐的摩尔比为1：2：2：3~4。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中球磨时间为30 min，球磨转速为400~600 rpm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤b中焙烧温度为650~750 ℃，升温速率为4~6 ℃/min，时间为30~36 h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤c中过200目筛，60~80 ℃真空干燥6~8h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤d中氧化剂为过硫酸铵溶液，浓度为0.1mol/L。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤d中反应时间为30~120 min；烘干为60~80 ℃真空干燥8~10 h。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的方法制得的MXene基硫高值化催化剂。
9.
...【技术特征摘要】
1.一种mxene基硫高值化催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中所述前驱体为碳钛化铝，钾盐为氯化钾，钠盐为氯化钠，金属盐为无水氯化铜；前驱体、钾盐、钠盐和金属盐的摩尔比为1：2：2：3~4。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a中球磨时间为30 min，球磨转速为400~600 rpm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤b中焙烧温度为650~750 ℃，升温速率为4~6 ℃/min，时间为30~36 h。
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：江莉龙，李栋，雷淦昌，沈丽娟，詹瑛瑛，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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