[发明专利]一种缺陷型少层碳化硼的制备方法及其应用

说明书

本发明属于催化材料制备领域，公开一种缺陷型少层碳化硼的制备方法并用于燃油的催化氧化脱硫反应过程。所述的缺陷型少层碳化硼是以碳化硼为原料，经过机械处理、酸性洗脱、挥水、挥醇等过程，实现缺陷型少层碳化硼的成功制备。本发明制备的碳化硼表现小的颗粒尺寸、低的材料厚度、更多的缺陷结构，是作为活化分子氧化脱除柴油中二苯并噻吩及其衍生物的优异催化剂。作为无金属催化剂，其在催化过程中具有优异的催化性能，可再生性能和循环稳定性能。

技术领域

本发明属于催化材料制备领域，尤其涉及一种缺陷型少层碳化硼的制备方法及其用于催化氧化脱除燃油中有机硫化物的应用。

背景技术

近年来，加氢脱硫在商品油生产中扮演着非常重要的角色，但其较高的反应温度(300℃)和较高的操作压力(5MPa)对于可持续发展来说仍将是个严峻的考验。吸附脱硫、氧化脱硫、萃取脱硫、生物脱硫等非加氢脱硫技术的得到了快速的发展。其中，氧化脱硫作为最具应用潜力的脱硫技术之一，不仅能耗低，更重要的是该过程能以空气中的氧气为氧化剂，对芳香性噻吩类硫化物具有良好的催化氧化脱硫效率，实现绿色、经济、可持续的发展的目标。对于低硫燃油的生产，保护人类健康，打赢绿水青山保卫战具有非常重要的意义。因此，寻找能够高效催化活化氧气的催化剂是氧化脱硫技术的关键。

碳化硼，是一种密度小、熔点高、硬度高，化学稳定性好的类金刚石陶瓷材料，广泛应用于核工业、材料、陶瓷等领域。根据数据统计，目前我国蓝宝石行业仅在2012年一年产出的研磨废料就高达三千多吨，在蓝宝石行业中，蓝宝石研磨废料中约含70％的碳化硼。目前国内在碳化硼回收方面的研究很少，随蓝宝石用量增加，研磨用碳化硼的需求量将不断增加，由此产生的研磨废料也将相应增多。碳化硼在宝石行业使用过程中，其物理状态如尺寸，厚度等会发生明显的变化，其化学状态也会存在键的断裂等。因此，借助相似的力学方式得到被粉碎的碳化硼，为研磨废料寻找一种新的应用前景是一个非常有意义的研究课题。

碳化硼对油品中的硫化物脱除效率为69％，说明碳化硼具有一定的氧化脱硫应用潜力。由于碳化硼的高硬度，尺寸较大，其催化表面与活性位点很难暴露，所以将碳化硼进行剥离是一项重要的策略。目前已报道的剥离手段有机械剥离、液相剥离、气相剥离等。这些剥离方式均面临着高能耗、化学试剂使用量大、产率低的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对碳化硼进行简单、快速剥离，并利用上述碳化硼材料催化氧化脱除燃油中的芳香性有机硫化物，使得燃油中的硫含量降低，避免硫化物在燃烧过程中对环境、生物产生危害。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种缺陷型少层碳化硼的制备方法及其应用。所述的材料以分析纯的碳化硼为原料，通过简单的力学球磨进行剥离。所述的材料为非金属材料。所述的材料与原料相比，颗粒尺寸变小，厚度变薄，缺陷位增加，氧化脱硫效率好，循环稳定性与再生性能高。

一种缺陷型少层碳化硼的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳化硼和研磨球置于球磨罐中，组装在行星式球磨机中，在一定转速，一定时间下，进行球磨处理，得到预处理的碳化硼粉末；

(2)将步骤(1)所得的碳化硼粉末进行筛分处理、洗涤、烘干。

步骤(1)中，所述的碳化硼为分析纯，纯度为90％。

步骤(1)中，所用的球磨罐为不锈钢或玛瑙材质，内径5厘米；所用的研磨球材质为不锈钢、玛瑙或氧化锆。

步骤(1)中，所述的碳化硼与研磨球质量比为1:10～15；所述的球磨转速为100～300rpm/min；所述的球磨时间为1～5h，其中，间歇为5～10min，间歇时间为5～10min。

步骤(2)中，所述粉末的洗涤过程依次包括酸洗、水洗和醇洗；其中酸洗过程所用的酸溶液为稀盐酸；水洗过程所用的水为双蒸水；醇洗过程所用的醇为乙醇。