一种二维石墨纳米片电催化氧化二氧化硫的方法

本发明属于电催化氧化二氧化硫，具体涉及一种二维石墨纳米片电催化氧化二氧化硫的方法。

背景技术：

1、二氧化硫(so2)是一种大气污染物。发电厂、石油精炼和金属冶炼等工业活动中需要将化石能源燃烧供能，而该过程会伴随大量二氧化硫的排放(zhong et al.,environ.sci.technol.,54,6508(2020))，从而造成酸雨等自然灾害。工厂会采取烟气脱硫(fgd)，利用碱液吸收二氧化硫，随后加入氧化剂，如氧气或者臭氧强制氧化(huang etal.,environ.sci.technol.,44,5283(2010))，将不稳定的正四价硫氧化物转化到正六价的硫酸根。但该氧化过程对能源和物质的利用率极低。若采用电催化的手段首先可以避免氧化剂的消耗；第二，由于二氧化硫氧化电位(sor)低于水的氧化电位(oer)，使得实现析氢(her)半反应需要的外加电压更低，从而实现低能耗制备氢气；第三，若调整吸收液种类可以得工业产品，如硫酸、硫酸铵化肥。

2、目前的研究中，电催化二氧化硫氧化采用的催化剂为贵金属铂和钯(lu et al.,int.j.hydrogen energy.,7,563(1982))，但该类催化剂资源有限且成本高昂，而非贵金属则容易受到硫氧化物的腐蚀(li et al.,environ.sci.technol.,55,13186(2021))。所以，对非金属材料进行改性，从而激发其催化活性是一条可行的思路。二维石墨烯材料是一种新兴的高活性碳材料，广泛应用于电催化反应中(li et al.,chem.cat.chem.,9,1554(2017))。但是该材料存在制备过程复杂、产量低的情况，如自上而下的微机械剥离法、和自下而上的氧化石墨烯还原方法以及化学气相沉积法(park et al.,nature nanotech.,4,217(2009))。这些均与工业上的规模化应用存在很大差距。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种二维石墨纳米片电催化氧化二氧化硫的方法。通过球磨制得的石墨纳米片具备高活性且性能稳定，具有高效催化二氧化硫氧化的特点。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种二维石墨纳米片电催化氧化二氧化硫的方法，其特征在于，以二维石墨纳米片作为阳极催化剂，二氧化硫通过碱液或者纯水吸收，电解液ph范围是1～14。

4、上述技术方案中，进一步地，所述二维石墨纳米片的制备方法为：将石墨粉与球磨介质装入球磨釜内，在保护气氛下进行球磨处理，得到二维石墨纳米片；

5、所述球磨时间为3～40h；球磨转速在350～500rpm/min；球磨旋转方式为正转和/或反转。

6、上述技术方案中，进一步地，所述制备方法还包括：将球磨后的石墨纳米片酸洗，抽滤洗涤至中性，于80℃下烘干。

7、上述技术方案中，进一步地，所述酸液方法为：使用0.5m硫酸在90℃冷凝回流12～24h。

8、上述技术方案中，进一步地，所述球磨介质为不锈钢珠，直径为5～15mm；球磨介质与原料的质量比为8～50：1。

9、上述技术方案中，进一步地，所述保护气氛为氩气或氧体积含量为0.5～5％的氧氩混气。

10、上述技术方案中，进一步地，所述二维石墨纳米片为平面结构，并具备缺陷活性位，层数少于10层。

11、本发明的有益效果为：

12、1、本发明以二维石墨纳米片作为电氧化二氧化硫的，具有高效催化二氧化硫氧化的特点，电催化二氧化硫的速率快、稳定性好，于电催化转化含硫污染气体的方向上具备较广的应用前景。

13、2、经过吸收液的二氧化硫液相，在阳极接受催化剂的电催化氧化，得到稳定的含氧氧化产物，同时，阴极端耦合析氢反应，实现低能耗制备氢气。

14、3、本发明球磨得到的石墨纳米片价格低廉、操作简便，具备高活性且性能稳定。

技术特征：

1.一种二维石墨纳米片电催化氧化二氧化硫的方法，其特征在于，以二维石墨纳米片作为阳极催化剂，二氧化硫通过碱液或者纯水吸收，电解液ph范围是1～14。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维石墨纳米片的制备方法为：将石墨粉与球磨介质装入球磨釜内，在保护气氛下进行球磨处理，得到二维石墨纳米片；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述制备方法还包括：将球磨后的石墨纳米片酸洗，抽滤洗涤至中性，于80℃下烘干。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酸液方法为：使用0.5m硫酸在90℃冷凝回流12～24h。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述球磨介质为不锈钢珠，直径为5～15mm；球磨介质与原料的质量比为8～50：1。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述保护气氛为氩气或氧体积含量为0.5～5％的氧氩混气。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述二维石墨纳米片为平面结构，并具备缺陷活性位，层数少于10层。

技术总结本发明公开一种二维石墨纳米片电催化氧化二氧化硫的方法。以二维石墨纳米片作为阳极催化剂，二氧化硫通过碱液或者纯水吸收，电解液pH范围是1～14。所述二维石墨纳米片的制备方法为：将石墨粉与球磨介质装入球磨釜内，在保护气氛下进行球磨处理，得到二维石墨纳米片。本发明以二维石墨纳米片作为电氧化二氧化硫的催化剂，具有价格低廉、操作简便、电催化二氧化硫的速率快、稳定性好等特点，于电催化转化含硫污染气体的方向上具备较广的应用前景。技术研发人员：邓德会,蒋刘默,张默,崔晓菊受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18