[发明专利]一种五氧化二钒纳米片催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种五氧化二钒纳米片催化剂，它是通过气相剥离商业级五氧化二钒粉末制备得到的五氧化二钒纳米片催化剂，所述的五氧化二钒纳米片催化剂为少层五氧化二钒纳米片。本发明还公开了上述五氧化二钒纳米片催化剂的制备方法与应用。本发明的催化剂具有制备方法简单，绿色环保，用于燃油氧化脱硫时脱硫率高，反应时间短，反应体系简单，反应条件温和，不需要加压设备，反应后油相分离方便，催化剂便于循环使用等优点。

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种五氧化二钒纳米片催化剂及其制备方法与用于汽、柴油(燃油)氧化脱硫反应。

背景技术

近年来，雾霾、酸雨和光化学烟雾等环境问题越来越严重，威胁人类的身心健康。机动车尾气的大量排放被认为是造成这类环境问题的元凶之一，而尾气中含有的硫氧化物(SO_x)又被认为是机动车尾气中主要的污染物之一。为此，世界各国纷纷立法，以限制燃油中硫化物的浓度。

目前，工业上常采用加氢脱硫法来脱除燃油中的硫化物。在这一过程中，燃油中的硫化物在催化剂和氢气的作用下转换为气态硫化物硫化氢，从而达到燃油脱硫的目的。然而，该反应需要在高温(400℃)高压(30atm)的条件下进行，此外，该反应对噻吩类硫化物的去除效果并不好，而且会降低油品中的烯烃含量，从而降低油品的辛烷值。因此，迫切需要开发一种在温和条件下即能够高效去油品中硫化物的方法。目前，常用的非加氢脱硫方法主要有萃取脱硫，吸附脱硫及氧化脱硫等。其中，氧化脱硫因其作用条件温和，脱硫率高等优点受到了越来越多的研究者的关注。在一般的氧化脱硫反应中，常使用双氧水(H₂O₂)为氧化剂，然而当该氧化剂用于工业大规模生产时，则会存在爆炸等安全隐患。空气中的氧气作为一种廉价、易得的氧化剂，近年来得到了不少科研工作者的关注，但空气中的氧气难以被活化为活性氧化因子。因此，开发一种高活性的，能够活化空气中氧气的催化剂，是当前研究的重点。

五氧化二钒，作为一种工业上常用的催化剂，被广泛运用于各个领域。其可用于制造彩色玻璃，可作为陶瓷的着色剂，可作为硫酸和石油化工的催化剂，并可用作苯胺黑染料和有机合成的催化剂。它不仅廉价，活性大，且不容易发生催化剂中毒。近年来，五氧化二钒作为一种催化还原的催化剂，被广泛用于氮氧化物(NO_x)的选择性还原中，而其用于催化氧化的报道则较少。

现有技术没有关于单独使用五氧化二钒作为催化剂的报道，因为其作为一种过渡金属氧化物，在合成过程中很容易发生聚集，从而使得能够暴露的活性位点数量大大减低。此时往往需要通过负载等方法将五氧化二钒负载于其他的载体之上，从而使得其暴露更多的活性位点，无疑这样会增加催化剂的合成成本和时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种五氧化二钒纳米片催化剂。

本发明还要解决的技术问题是提供上述五氧化二钒纳米片催化剂的制备方法。

本发明最后要解决的技术问题是提供上述五氧化二钒纳米片催化剂的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种五氧化二钒纳米片催化剂，它是通过气相剥离商业级五氧化二钒粉末制备得到的五氧化二钒纳米片催化剂，所述的五氧化二钒纳米片催化剂为少层五氧化二钒纳米片。

其中，所述的少层五氧化二钒纳米片为层数少于10层的五氧化二钒纳米片，优选5～7层。

上述五氧化二钒纳米片催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将商业级五氧化二钒粉末加热至400～600℃(优选550℃～600℃)，保持3～7分钟(优选5-6分钟)；

(2)接着将步骤(1)处于高温状态的五氧化二钒粉末倾倒入盛有液氮的反应容器中，待反应容器中液氮挥发完全后，收集五氧化二钒粉末；