催化分解电解铝烟气中的CF4的S改性ZnAl2O4纳米片催化剂的制备方法

本发明属于环境催化，涉及一种催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法。

背景技术：

1、近年来，我国电解铝行业得到了快速发展，2022年，我国电解铝行业产生二氧化碳(co2)约5.5亿吨，占全球co2净排放总量的5％，产生8.0万吨cf4，其全球变暖潜能值(globalwarmingpotential，gwp)为二氧化碳(co2)的7390倍，相当于排放5.9亿吨co2，且cf4十分稳定，在大气中的寿命高达50000年，其对大气环境的影响几乎是永久性的。目前，cf4已被列入重要温室气体减排行列，因此，处理电解铝工业排放的cf4气体尤为重要。

2、cf4由于其高度对称的单碳结构，其键能达到543kjmol-1，因此，破坏cf4分子的结构需要较苛刻的条件。目前，已经开发了多种cf4处理方法，但普遍存在能耗高、反应条件苛刻、毒副产物负载等问题。催化水解法由于操作简单、处理温度较低、没有有害的终端产物产生，是目前最有效处理cf4分子的方法，但是催化水解cf4的效率较低，亟需开发提高催化水解cf4的效率的高效催化剂来解决该问题。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片的制备方法，以解决目前通过催化水解法处理cf4气体的效率较低的问题。

2、本发明实施例所采用的技术方案是：催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1、向znal2o4纳米片中加入硫酸溶液，充分搅拌后转移至烘箱中，待样品完全干燥后，得到s改性znal2o4前驱体样品；

4、步骤2、将s改性znal2o4前驱体样品转移至马弗炉中，经高温煅烧、冷却后得到s改性的znal2o4纳米片催化剂。硫酸刻蚀znal2o4纳米片使其暴露更多的活性位点，从而实现高效催化水解cf4。

5、进一步的，所述步骤1中znal2o4纳米的具体制备过程为：

6、步骤s1、将九水合硝酸铝和六水合硝酸锌加入去离子水中，充分搅拌至溶液完全澄清，得到混合反应液；

7、步骤s2、将混合反应液转移到油浴锅中，滴加氨水反应后转移到离心管中，多次离心、水洗后，放入烘箱中烘干，得到白色前驱体粉末；

8、步骤s3、将得到的白色前驱体粉末转移至马弗炉中，经高温煅烧、冷却后得到znal2o4。

9、采用油浴锅加热可以促进氨水和硝酸锌、硝酸铝化学反应的进行，加快znal2o4沉淀的生成，提高反应效率，合成纯度高、形貌可控的znal2o4纳米片材料。

10、进一步的，所述步骤s1中，al:zn的摩尔比范围为1.9～2.1:1，al:zn的摩尔比过大或者过小，会导致化学计量比不平衡，合成的催化剂中出现氧化铝或者氧化锌的杂相，影响催化剂的性能。

11、进一步的，所述步骤s2中，将得到的混合反应液转移到温度为75～85℃的油浴锅中加热，在搅拌过程中滴加氨水。

12、进一步的，所述步骤s2中，滴加氨水直到ph＝8.5～9.5；氨水的滴加量过多，会使生成的沉淀分解，从而降低产品纯度，氨水的滴加量不足，会使沉淀不完全，从而降低产品的收率。

13、进一步的，所述步骤s2中，滴加氨水时的搅拌转速为550～650转/分钟，氨水的滴加速度为2～4ml/min；氨水的滴加速度过快，会使生成的催化剂颗粒较大，氨水的滴加速度过慢，会使反应时间延长。

14、进一步的，所述步骤s3将得到的白色前驱体粉末转移至马弗炉，在580～620℃下反应4～6h，冷却至室温后得到znal2o4纳米片。

15、进一步的，所述步骤s3中，马弗炉的升温速率为1.5～2.5℃/min。

16、进一步的，所述步骤1中znal2o4纳米片的用量与硫酸溶液的比值为0.09-0.11g/ml。

17、进一步的，所述步骤2的高温煅烧，是在640～660℃下煅烧22～26h。

18、本发明实施例的有益效果是：先制备znal2o4纳米片催化剂，再通过硫酸溶液对znal2o4纳米片催化剂进行改性，得到的s改性的znal2o4纳米片催化剂s-znal2o4，该方法原材料成本低，制备方法简单、反应时间短，制备的s改性的znal2o4纳米片催化剂在600℃条件下在固定床反应仓上催化分解cf4的效率可达100％，并且维持20h不失活，具有良好的催化效率和稳定性，解决了目前通过催化水解法处理cf4气体的效率较低的问题。

技术特征：

1.催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中znal2o4纳米的具体制备过程为：

3.根据权利要求2所述的催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，al:zn的摩尔比范围为1.9～2.1:1。

4.根据权利要求2所述的催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，将得到的混合反应液转移到温度为75～85℃的油浴锅中加热，在搅拌过程中滴加氨水。

5.根据权利要求4所述的催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，滴加氨水直到ph＝8.5～9.5。

6.根据权利要求4所述的催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，滴加氨水时的搅拌转速为550～650转/分钟，氨水的滴加速度为2～4ml/min。

7.根据权利要求2所述的催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s3将得到的白色前驱体粉末转移至马弗炉，在580～620℃下反应4～6h，冷却至室温后得到znal2o4纳米片。

8.根据权利要求2所述的催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，马弗炉的升温速率为1.5～2.5℃/min。

9.根据权利要求1～8任一项所述的催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中znal2o4纳米片的用量与硫酸溶液的比值为0.09-0.11g/ml。

10.根据权利要求1～8任一项所述的催化分解电解铝烟气中的cf4的s改性znal2o4纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2的高温煅烧，是在640～660℃下煅烧22～26h。

技术总结
本发明公开了一种催化分解电解铝烟气中的CF<subgt;4</subgt;的S改性ZnAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米片催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1、向ZnAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米片中加入硫酸溶液，充分搅拌后转移至烘箱中，待样品完全干燥后，得到S改性ZnAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;前驱体样品；步骤2、将S改性ZnAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;前驱体样品转移至马弗炉中，经高温煅烧、冷却后得到S改性的ZnAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米片催化剂。步骤1中ZnAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米片的用量与硫酸溶液的比值为0.09‑0.11g/ml，步骤2在640～660℃下煅烧22～26h。制备的S改性的ZnAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米片催化剂在600℃条件下在固定床反应仓上催化分解CF<subgt;4</subgt;的效率可达100％。

技术研发人员：刘敏,王晓健,张行,李红梅,傅俊伟,刘康
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15