一种磷钨酸改性MOFs衍生多孔碳氧化脱硫催化剂制备方法与流程

本发明涉及催化剂技术领域，尤其是一种磷钨酸改性金属有机骨架衍生多孔碳氧化脱硫催化剂制备方法。

背景技术：

随着人们对对环境保护的关注度不断提高，世界各国对车用运输燃料的质量要求越来越严苛，这主要是因为液体燃料中的有机含硫化合物会给自然环境带来严重的危害。随着全球炼油行业的法规和燃料规格的日益严格，燃油中含硫化合物的深度脱除吸引了越来越多的关注；然而，传统的催化加氢脱硫(hds)要求高温和高压条件，并且它对耐熔的芳香族噻吩效果较差，因此，近几年出现了很多不同的探索方法，包括吸附脱硫(ads)，氧化脱硫(ods)和萃取脱硫；其中，ods已吸引了很大的研究兴趣，因为它不仅可以在温和的条件下反应而且对芳香族硫化合物也表现出高活性，氧化脱硫的关键在于合成一种具有高催化活性且易于分离回收的催化剂。目前，燃料油品的脱硫技术主要有两大类：第一类是加氢脱硫技术，该方法是通过高纯氢气将油品中有机含硫化合物加氢，生成硫化氢后将其除去；第二类是非加氢脱硫技术，通过吸附脱硫方法、萃取脱硫方法、氧化脱硫方法、生物脱硫方法等方法将有机含硫化合物从液体燃料中除去。

其中，氧化脱硫(ods)是先采用氧化剂将油品中的有机硫化物氧化成极性较高的亚砜或砜类物质，再根据物质之间相似相溶的原理，选择合适的极性萃取溶剂，利用液液萃取的方式分离脱除有机硫化物。氧化脱硫技术在常温常压下进行，设备投资较少，对加氢脱硫技术难以脱除的二苯并噻吩等芳香烃含硫化合物有较高的脱硫效果。相较于加氢脱硫而言，氧化脱硫是一种节能的、高效的、具发展前景的补充方法之一。

氧化脱硫技术所采用的氧化剂主要有过氧化氢(h2o2)、叔丁基过氧化氢、空气、臭氧等，考虑到绿色化学的要求，近年来在氧化脱硫领域所开展的研究大都采用h2o2作为氧化剂。h2o2/杂多酸、h2o2/有机酸、h2o2/分子筛、h2o2/离子液体、光化学氧化、超声波氧化及等离子体氧化等是国内外研究较多的氧化脱硫体系。目前，氧化脱硫技术尚处于实验室阶段，研究集中在催化剂的研制及氧化脱硫体系的开发。现有的脱硫催化剂制造过程复杂，反应过程困难，催化反应效果不好。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种磷钨酸改性mofs衍生多孔碳氧化脱硫催化剂制备方法，工艺简单、材料转化率高，催化剂循环利用率高，制备过程绿色环保，污染少；制备的碳氧化脱硫催化剂具有良好的氧化脱硫性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种磷钨酸改性mofs衍生多孔碳氧化脱硫催化剂制备方法，包括下述步骤：

(1)室温下，将2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，充分搅拌，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；

(2)室温下，将六水合硝酸锌加入甲醇溶液中，充分搅拌，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；

(3)在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下充分搅拌，得到乳白色沉淀物，离心后制得zif-8；

(4)在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8焙烧，得到多孔碳材料；

(5)采用等体积浸渍法，将磷钨酸负载到上述所制多孔碳材料上，制备复合材料；

(6)将所得到的复合材料置于真空干燥箱中干燥，得到碳氧化脱硫催化剂。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤(1)中的2-甲基咪唑、步骤(2)中的六水合硝酸锌、步骤(5)中的磷钨酸的比例为80～100：20～30：1～5。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤(1)中将2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤(2)中将六水合硝酸锌加入甲醇溶液中，搅拌30min。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤(3)中将溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌16～24h。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤(4)中焙烧温度为500～800℃。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤(6)在真空干燥箱加热温度为90～110℃，干燥时间为8～12h。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明工艺简单、材料转化率高，催化剂循环利用率高，制备过程绿色环保，污染少；制备的碳氧化脱硫催化剂具有良好的氧化脱硫性能，在120min内完全脱除模拟油中的二苯并噻吩。

步骤(1)和步骤(2)中搅拌30min，步骤(3)中搅拌16～24h，实现了充分搅拌，完成了充分的反应，避免了过度搅拌，避免了浪费时间，提高了制备效率。

步骤(4)中焙烧温度为500～800℃，避免制得的多孔碳材料质地过脆，同时保证了充分的干燥。

附图说明

图1是多孔碳材料、hpw@zc氧化脱硫催化剂及磷钨酸的xrd图谱；

图2是多孔碳材料、hpw@zc氧化脱硫催化剂及磷钨酸的红外光谱图；

其中，1、多孔碳材料，2、hpw@zc氧化脱硫催化剂，3、磷钨酸。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

一种磷钨酸改性mofs衍生多孔碳氧化脱硫催化剂制备方法，本文中hpw@zc氧化脱硫催化剂为磷钨酸改性mofs衍生多孔碳氧化脱硫催化剂，mofs为磷钨酸改性金属有机骨架，zif-8为金属有机骨架材料。

本发明包括以下步骤：

(1)室温下，将2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1，；

(2)室温下，将六水合硝酸锌加入甲醇溶液中，搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；

(3)在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌16～24h，得到乳白色沉淀物，离心后制得zif-8；

(4)在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8焙烧，焙烧温度为500～800℃，得到多孔碳材料；

(5)采用等体积浸渍法，将磷钨酸负载到上述所制多孔碳材料上，制备复合材料；

(6)将所得复合材料置于真空干燥箱中干燥，加热温度为90～110℃，干燥时间为8～12h，得到碳氧化脱硫催化剂。

所述步骤(1)中的2-甲基咪唑、步骤(2)中的六水合硝酸锌、步骤(5)中的磷钨酸的比例为80～100：20～30：1～5。

如图1所示，图中横坐标为衍射角2θ，单位为°，纵坐标为强度，多孔碳材料在24°左右展现了一个宽的无定型碳衍射峰，而hpw@zc氧化脱硫催化剂同时具有多孔碳材料的无定型碳衍射峰和磷钨酸的衍射特征峰，这说明了hpw@zc氧化脱硫催化剂的成功制备。

如图2所示，图中横坐标为吸收强度，纵坐标为波长，单位为cm-1，hpw@zc氧化脱硫催化剂在1081、984、889和805cm-1处展现出了磷钨酸特有的p–o键、w＝o键、w–ob–w键和w–oc–w键，这说明了hpw@zc氧化脱硫催化剂的成功制备。

实施例1

室温下，将0.81g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在500℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.01g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥12h后，得到hpw@zc-1型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例2

室温下，将0.81g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在600℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.01g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥12h后，得到hpw@zc-2型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例3

室温下，将0.81g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在700℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.01g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥12h后，得到hpw@zc-3型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例4

室温下，将0.81g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在800℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.01g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥12h后，得到hpw@zc-4型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例5

室温下，将0.81g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在800℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.02g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥12h后，得到hpw@zc-5型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例6

室温下，将0.81g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在800℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.03g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥12h后，得到hpw@zc-6型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例7

室温下，将0.81g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在800℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.04g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥12h后，得到hpw@zc-7型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例8

室温下，将0.81g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在800℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.05g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥12h后，得到hpw@zc-8型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例9

室温下，将0.8g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.2g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌16h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在800℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.01g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥12h后，得到hpw@zc-8型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例10

室温下，将1g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.3g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在750℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.05g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，90℃干燥8.5h后，得到hpw@zc-8型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例11

室温下，将0.9g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌20h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在650℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.03g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，95℃干燥9h后，得到hpw@zc-8型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例12

室温下，将0.8g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌18h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在700℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.03g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，100℃干燥11h后，得到hpw@zc-8型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例13

室温下，将1g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌24h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在600℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.03g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，90℃干燥10h后，得到hpw@zc-8型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例14

室温下，将0.8g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.3g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌22h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在500℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.05g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，93℃干燥8h后，得到hpw@zc-8型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

实施例15

室温下，将0.9g的2-甲基咪唑加入甲醇溶液中，搅拌30min，使2-甲基咪唑完全溶解，得到溶液1；将0.25g六水合硝酸锌加入甲醇溶液中；搅拌30min，使六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液2；在持续搅拌下，将上述溶液1缓慢加入到溶液2中，并在室温条件下搅拌21h后，得到大量乳白色沉淀物，离心后制得粉末状的zif-8。在惰性气体保护下，将上述制得的zif-8在800℃下焙烧，得到多孔碳材料多孔碳材料；采用等体积浸渍法，将0.02g磷钨酸负载到上述所制0.1g多孔碳材料上，制备复合材料；将此复合材料置于真空干燥箱中，98℃干燥12h后，得到hpw@zc-8型hpw@zc氧化脱硫催化剂。

一种磷钨酸改性mofs衍生多孔碳氧化脱硫性能的评价方法是将上述的hpw@zc氧化脱硫催化剂与含硫量为1000ppm的模拟油、质量浓度30％的过氧化氢水溶液以及甲醇溶液混合均匀，于40～80℃下连续搅拌，反应120min，静置分层，分离除去下层甲醇后，分析上层油品，计算脱硫率。

本发明的主要评价指标：

采用气相色谱仪分析计算hpw@zc氧化脱硫催化剂对二苯并噻吩的脱硫率。

r＝[(c0-ct)/c0]×100％

其中：r－模拟油的脱硫率，％；c0－初始模拟油中硫化物的浓度，ppm；ct－反应后模拟油中硫化物的浓度，ppm。

下列例子中所用模拟油以正辛烷为溶剂，二苯并噻吩为硫源，其硫含量为1000ppm。

在50ml圆底烧瓶中加入10ml模拟油、0.1g上述实施例8制得的hpw@zc-7型hpw@zc氧化脱硫催化剂、89.8μl质量浓度为30％的过氧化氢水溶液(h2o2/s摩尔比为6:1)以及10ml甲醇，在连续搅拌条件下，一定温度反应120min后，静置分层；分离除去下层甲醇，分析上层油品并计算脱硫率。不同反应温度下的脱硫率结果如表1所示。

表1反应温度对催化剂氧化脱硫性能的影响

在50ml圆底烧瓶中加入10ml模拟油、0.1g上述实施例8制得的hpw@zc-7型hpw@zc氧化脱硫催化剂，设定反应温度为60℃，按比例加入一定量的浓度为30％过氧化氢水溶液以及10ml甲醇，在连续搅拌条件下，反应120min后，静置分层；分离除去下层甲醇，分析上层油品并计算脱硫率。不同过氧化氢加入量对催化剂脱硫性能的影响结果如表2所示。

表2过氧化氢加入量对催化剂氧化脱硫性能的影响

在50ml圆底烧瓶中加入10ml模拟油、0.1g上述实施例8制得的hpw@zc-7型hpw@zc氧化脱硫催化剂，设定反应温度为60℃，按比例加入179.6μl的30％过氧化氢水溶液以及一定量的甲醇，在连续搅拌条件下，反应120min后，静置分层；分离除去下层甲醇，分析上层油品并计算脱硫率。不同甲醇加入量对催化剂脱硫性能的影响结果如表3所示。

表3不同甲醇加入量对催化剂脱硫性能的影响

以上所述仅是本发明的优选实施方式，在不违背本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。