Green chemistry：无定形硫化钼纳米催化剂实现重油高效转化及2D MoS2/C复合材料协同制备

民咕咕

2020-01-08

随着化石能源的不断消耗，目前，对于劣质原油/渣油的加工利用受到越来越多的关注。其中，基于分散型催化剂的悬浮床加氢技术可以实现劣质重油（包括重质原油、炼化渣油、沥青、页岩油、煤焦油等）向清洁轻质油品的高效转化。常用的分散型催化剂包括固体粉末催化剂、水溶性催化剂、油溶性催化剂、超分散纳米催化剂等，分散型催化剂以微米/纳米尺度分散在催化反应体系中，起到催化加氢作用的同时，也作为焦炭沉积的载体。分散型催化剂的用量一般为100~300ppm，一次通过反应器后不需回收。但对于炼油工业来讲，富集了大量分散型催化剂颗粒的尾油和固体产物难以处理，既造成了资源浪费和环境污染，又增加了生产成本。

近日，青岛大学杜辉团队与中国石油大学（华东）刘东教授、北京理工大学张加涛教授合作，采用微乳液法制备了无定形硫化钼纳米催化剂用于重油悬浮床加氢反应，在高温高压的加氢反应过程中，无定形硫化钼纳米催化剂分解为长度小于20nm的单片层MoS2均匀分散在反应体系中，展现出优异的催化加氢活性和抑焦性能，实现了重油原料向轻质油品的高效转化。采用实验研究和理论计算两种方法，通过对比不同表面性质和晶体结构的硫化钼纳米催化剂，发现具有稠环结构和杂原子的重油大分子与二硫化钼片层之间具有较强的相互作用，从而抑制了硫化钼催化剂晶相转变过程中片层结构的规则堆垛，使催化剂以单片层MoS2的形态展现出优异的催化性能，并协同制备得到具有高附加值和广泛应用前景的2D MoS2/C复合材料，解决了催化剂在固体产物中的处理难题。这一研究不仅为重油转化提供了高效催化剂，也为单片层MoS2复合材料的制备提供了借鉴。

图1. 不同表面性质和结构的硫化钼纳米催化剂

图2. 硫化钼纳米催化剂的重油催化加氢性能

图3. 硫化钼催化剂在重油加氢反应过程中分散和分布示意图及电镜图片

图4. 二硫化钼与不同石墨结构之间的相互作用

Yajing Duan,   Yanglin Liu,   Zhaojun Chen,  Dong Liu,   Enqiang Yu,  Xiaodong Zhang, Hui Fu,  Jinzhe Fu, Jiatao Zhang  and  Hui Du.  Amorphous molybdenum sulfide nanocatalysts simultaneously realizing efficient upgrading of residue and synergistic synthesis of 2D MoS2 nanosheets/carbon hierarchical structures. Green Chemistry. 2020

DOI: 10.1039/C9GC02855B

https://doi.org/10.1039/C9GC02855B