GO负载Bi2WO6二元复合光催化材料的制备及其表征研究

本实验通过水热法合成不同比例的氧化石墨烯(GO)/Bi₂WO₆新型二元复合光催化材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜等技术来研究样品的结构和形貌.在可见光下,4%GO/Bi₂WO₆复合材料光催化降解效率最好,达到了72%.本实验以石墨烯为碳源,制备出二元复合材料,将其引入光催化体系,提升半导体光催化材料对目标物的富集能力,为复合光催化材料的制备提供了新思路.以期获得高可见光催化活性的GO/Bi₂WO₆二元复合材料并将其应用于更多领域,同时对环境中的污染物也实现了高效、稳定的去除,为研究水体环境污染的治理奠定了一定的理论与实践基础.     

Ti-HMS催化氧化脱除模拟燃料中的硫化物

 将噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩(DMDBT)分别溶于正辛烷配成模拟燃料,以Ti-HMS为催化剂,以H2O2为氧化剂,对模拟燃料的氧化脱硫进行了研究,考察了Ti-HMS的催化活性及硅/钛比和结晶度对催化剂活性的影响. 结果表明,在Ti-HMS上硫化物氧化的难易顺序是由噻吩环上硫原子的电子云密度和硫化物分子的空间位阻共同决定的; 氧化反应发生在分子筛孔道内,骨架钛原子为活性中心; DMDBT在Ti-HMS上的氧化脱除效果比在TS-1,Ti-β或Ti-MCM-41上好. 随着Ti-HMS中硅/钛比的增大,DMDBT的脱除率降低; 随着Ti-HMS分子筛结晶度的升高,DMDBT的脱除率升高.     

过氧磷钨酸催化氧化脱除模拟油中的含硫化合物

考察了以H₂O₂为氧化剂, 过氧磷钨酸为催化剂催化氧化脱除模拟油中的含硫化合物苯并噻吩(BT)和二苯并噻吩(DBT). 讨论了催化剂用量、反应温度、反应时间和剂油体积比等因素对反应的影响. 实验结果表明, 当催化剂用量为0.48%(质量分数), V(H₂O₂)∶V(Oil)=1∶50, 反应时间为60 min, 反应温度为60 ℃时, BT的脱除率达到96.48%, DBT的脱除率达到99.42%. 动力学研究结果表明, 过氧磷钨酸为催化剂的氧化脱除模拟油中的含硫化合物的反应为表观一级反应.     

高铁酸钾氧化脱除模拟轻质油中的含硫化合物

考察了K2FeO4对模拟轻质油中苯并噻吩（BT）及二苯并噻吩（DBT）的氧化性能。结果表明,水相中K2FeO4对BT、DBT的氧化活性比较低,水的存在使K2FeO4水解成黄色的Fe(OH)3而失去氧化有机硫化物的能力;在冰乙酸反应介质中,K2FeO4对BT及DBT的氧化活性有了明显的提高;固体催化剂KM的加入显著提高了乙酸反应介质中K2FeO4对BT及DBT的氧化活性。常温、常压,醋酸/模拟油体积比为1.0,K2FeO4/S摩尔比为1.0,KM/K2FeO4质量比为1.0的条件下,DBT的转化率达98.4%,BT的转化率为70.1%。     

氯化胆碱/草酸型低共熔溶剂氧化脱除模拟油硫化物

通过氯化胆碱和草酸在100℃下搅拌,合成了氯化胆碱/草酸型低共熔溶剂。以氯化胆碱/草酸为催化剂、过氧化氢为氧化剂、咪唑氟硼酸盐离子液体为萃取剂氧化萃取一体法脱除模拟油中的二苯并噻吩(DBT)。考察了反应温度、反应时间、氧化剂加入量、萃取剂类型、硫化物类型等因素对脱硫效率的影响。结果表明,当以咪唑氟硼酸盐为萃取剂,n(H2O2)/n(S)=8、反应温度30℃、反应80 min时,二苯并噻吩的脱除率可以达到95%。催化剂重复使用5次后,脱硫率仍然保持在90%。     

CuWO4/C复合物的制备和其在模拟油氧化脱硫中的应用

用混合煅烧法制备了CuWO₄/C复合物,并采用XRD、SEM、和BET等技术对其结构进行表征。以CuWO₄/C复合物为催化剂、过氧化氢为氧化剂、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐离子液体为萃取剂氧化脱除模拟油中的二苯并噻吩(DBT)。考察了反应温度、双氧水加入量、萃取剂加入量等因素对脱硫效果的影响。结果表明,在相同的实验条件下,相比于CuWO₄,CuWO₄/C复合物具有更高的脱硫率。在模拟油为5.0 mL、催化剂加入量为0.02 g、H₂O₂加入量0.2 mL、萃取剂加入量1.0 mL、反应温度70℃、反应时间180 min的最佳实验条件下,DBT转化率可达到98.2%,催化剂循环使用四次活性没有明显降低。     

超声方法条件下Ce4+对柴油的氧化脱硫

首次超声条件下使用Ce4 氧化柴油中的硫化物(主要为苯并噻吩类),并把这类硫化物氧化成砜类化合物,再选用合适的溶剂(DMF)将这些砜类化合物通过萃取方法除去,使柴油中的总硫含量从554mg/L降到25mg/L,达到了95.5%的高脱硫率。处理后的柴油总硫含量符合世界燃料规范Ⅲ柴油质量标准(不大于30mg/L)。同时,Ce4 氧化媒质可以通过电化学方法再生循环利用,DMF也可以循环利用,无三废排放、具有最佳的经济效益比,并且这种脱硫方法符合绿色化学发展的要求。最佳的操作条件:反应温度为70℃,溶液的pH=0.69,反应时间为50min;V(油):V(水)=1:9。Ce4 氧化媒质的再生条件:Pb电极为阳极,石墨电极为阴极,反应中需要的槽压为3.1V,再生后Ce4 氧化媒质仍具有很好的脱硫效果。     

超声协同TiO_2光催化脱除燃料油中有机硫的研究

采用溶胶凝胶法制备纳米TiO2光催化剂,引入超声作用,以空气中的氧气为氧化剂,正辛烷为模拟油品对燃料油中硫化物的脱除进行了研究。考察了光照强度、催化剂用量、反应时间、二苯并噻吩(DBT)初始浓度、超声功率等因素对TiO2光催化二苯并噻吩溶液降解效率的影响。结果表明,引入超声后DBT的降解率提高了10%左右,并在TiO2用量为2 g/L,通气量为800 mL/min,光照距离20 cm,DBT初始浓度为600 mg/L,反应时间为150 min,超声功率为500 W的条件下,DBT降解率达到了72.6%。     

Fe/Zr-SBA-15的制备及其催化氧化脱硫性能

为进一步提高氧化脱硫效果,采用直接水热法合成了不同Fe/Zr物质的量比改性的SBA-15分子筛(Fe/Zr-SBA-15),采用XRD、N₂吸附-脱附、TEM和UV-vis等对其进行了表征。Fe/Zr-SBA-15中Zr取代Si进入了分子筛骨架,大部分Fe物种分散良好,存在少量的聚集态铁的氧化物。以Fe/Zr-SBA-15-1.0为催化剂、H₂O₂为氧化剂、乙腈为萃取剂,分别考察了反应温度、O/S物质的量比和催化剂用量对模拟油中二苯并噻吩(DBT)的氧化效果。在反应温度50℃,O/S物质的量比为4,催化剂用量6 g/L的条件下,DBT的脱除率达到97.1%,这是由于催化剂中的Fe³⁺提供氧化活性中心和Zr⁴⁺提供的吸附中心的双重作用,且催化剂回收利用四次后,DBT的脱除率仍可达到91.3%。     

有机-无机杂多酸类离子液体催化汽油超声氧化脱硫

合成了一系列有机-无机杂多酸类离子液体, 并将其应用于超声作用下的催化模拟汽油氧化脱硫反应. 结果表明, 在超声波辅助下, 不仅反应时间大大缩短, 而且脱硫效率也大幅提高. 在合成的一系列催化剂中, Zr_0.25[BMIM]HPW₁₂O₄₀表现出最佳的催化活性. 考察了超声波功率、 超声/间隙时间、 催化剂用量、 H₂O₂用量、 反应温度及反应时间等因素对脱硫效果的影响. 以Zr_0.25[BMIM]HPW₁₂O₄₀为催化剂, 在优化的条件下[n(Cat.)=0.008 mmol, V(H₂O₂)=40 μL, V(模拟油)=10 mL, V(乙腈)=1 mL, 温度25 ℃, 时间10 min, 超声功率300 W, 超声时间2 s, 间隙时间1.5 s], 二苯并噻吩(DBT)的脱硫率达到97.8%; 该催化剂循环使用5次后, 脱硫率仍为81.9%; 其对不同硫化物的催化活性顺序为DBT>4,6-二甲基苯并噻吩(4,6-DMDBT)>乙硫醚>苯硫醚>正丁硫醇>甲基苯基硫醚>苯并噻吩(BT)>噻吩.     

NiWO_4/g-C_3N_4的制备及其在离子液体中氧化脱硫性能的研究

采用水热法合成了NiWO_4纳米粒子,然后通过混合煅烧法成功地制备了负载型催化剂NiWO_4/g-C_3N_4。采用XRD、FT-IR、EDS、SEM、BET和XPS表征了NiWO_4/g-C_3N_4的形貌和结构特征。以NiWO_4/g-C_3N_4为催化剂,过氧化氢为氧化剂,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([BMIM]BF4)为萃取剂。考察了催化剂的负载量,过氧化氢、离子液体和催化剂使用量,反应温度,反应时间,不同种类的含硫化合物对脱硫效果的影响。结果表明,在5 m L模拟油,0.2 m L过氧化氢,1.0 m L的[BMIM]BF4,0.03 g的NiWO_4/g-C_3N_4,反应温度为80℃,反应时间为140 min的最佳的反应条件下,脱硫率可以达到97.35%。实验表明,NiWO_4/g-C_3N_4具有很好的催化稳定性,催化剂重复使用五次后催化活性并没有明显地降低。     

石墨相氮化碳负载磷钨酸杂化材料的制备及其氧化脱硫催化性能

以1-丁基-3-甲基咪唑溴离子液体([Bmim]Br)、磷钨酸(H_3PW_(12)O_(40))和g-C_3N_4为原料,采用原位沉淀法合成了负载型[Bmim]_3PW_(12)O_(40)/g-C_3N_4催化剂(BPWO/g-C_3N_4)。通过XRD、FT-IR、UV-vis、氮气吸附、TEM和XPS等手段对催化剂的形貌和结构进行了表征,并以二苯并噻吩(DBT)的正庚烷溶液为模拟油、过氧化氢为氧化剂,考察了各组分负载量、催化剂用量、氧/硫物质的量比(O/S)和反应温度变量等对其氧化脱硫效果的影响。结果表明,BPWO/g-C_3N_4具有Keggin型杂多阴离子结构特征,BPWO (20%)/g-C_3N_4催化剂具有最优的对DBT的氧化脱硫性能,在50℃、O/S物质的量比为6.0的条件下反应180 min,可以完全氧化浓度为800μg/g的含DBT模拟油。同时,该BPWO/g-C_3N_4催化剂具有良好的重复使用性能,循环使用八次后其对DBT的氧化活性没有明显降低。     

羧基功能化离子液体催化二苯并噻吩氧化脱硫

以羧基功能化离子液体1-甲基-3-羧甲基咪唑四氟硼酸盐([cmmim]BF₄)为催化剂和萃取剂,过氧化氢为氧化剂,催化氧化二苯并噻吩(DBT)。结果表明,当反应温度为60 ℃,O/S摩尔比为6,反应时间80 min时,DBT的转化率可以达到100%。离子液体回收重复使用四次,催化活性无明显下降。     

氨基酸功能化磷钨酸盐的制备及其催化氧化脱硫性能

以L-丙氨酸和磷钨酸为原料,合成氨基酸功能化磷钨杂多酸盐([Ala]3PW),并采用XRD、FT-IR对其结构进行表征。以[Ala]3PW为催化剂,过氧化氢作为氧化剂,甲基咪唑四氟硼酸盐([HMIM]BF4)为萃取剂氧化萃取一体法脱除模拟油中的二苯并噻吩(DBT)。考察了反应温度、催化剂加入量、O/S物质的量比、萃取剂加入量、硫化物类型等因素对脱硫效率的影响。结果表明,在模拟油为10mL、[Ala]3PW=0.04g、O和S的物质的量比为6、V([HMIM]BF4)/V(oil)=0.6、反应温度50℃、反应时间180min的条件下,DBT的转化率可达到98.2%。催化剂循环使用4次活性没有明显的降低。     

WO3/g-C3N4异质结催化剂的制备及其氧化脱硫性能

以尿素和钨酸铵为原料采用浸渍法制备了金属氧化物三氧化钨（WO₃）与石墨相氮化碳（g-C₃N₄）异质结复合材料WO₃/g-C₃N₄。采用XRD、UV-vis、SEM、PL和XPS表征手段考察了催化剂的理化性质,发现WO₃与g-C₃N₄存在较好的相互作用和电子转移,保证了WO₃/g-C₃N₄本身所具有较高的氧化脱硫活性。以WO₃/g-C₃N₄作为催化剂,过氧化氢异丙苯为氧化剂,考察其光催化氧化脱硫性能,在反应温度80℃,O/S物质的量比为3.0的反应条件下,反应180 min,二苯并噻吩（DBT）转化率可以达到72.79%。通过游离基捕获实验,发现超氧自由基（·O₂^-）、电子（e^-）、羟基自由基（·OH）起到了促进反应速率的作用,并对该体系的反应机理进行了探讨。     

Oxidative desulfurization of model diesel oil over Ti-containing molecular sieves using hydrogen peroxide

Three Ti-containing molecular sieves were studied in the oxidative desulfurization (ODS) of model diesel oil with hydrogen peroxide. Under optimal conditions, dibenzothiophene (DBT) conversion up to 80.6% and 42.6% could be obtained with Ti-HMS and Ti-MSU as catalysts, respectively. However, there is no activity in the sulfoxidation of DBT over TS-1. Effects of the TiO₂/SiO₂ ratio in Ti-HMS and reaction conditions, such as the reaction temperature, reaction time, n(H₂O₂)/n(S) on the sulfur removal were investigated.     

WO_3-TiO_2/SBA-15的制备及其光催化氧化脱硫性能

采用孔道内水解法制备了WO_3-TiO_2/SBA-15催化剂用于光催化氧化柴油脱硫,利用XRD、SEM、EDS、N2吸附-脱附、FT-IR、TG-DTA和UV-vis等技术对该催化剂进行了表征,考察了WO_3和TiO_2负载量、焙烧温度和焙烧时间对其光催化氧化脱硫性能的影响。结果表明,WO3和Ti O2负载量分别为1.6%和15%,焙烧温度500℃,焙烧时间为3 h条件所制备的催化剂性能最佳;在该条件下制备的WO_3-TiO_2/SBA-15催化剂仍保持SBA-15的六方介孔结构,模拟柴油的脱硫率高达87.9%,且具有良好的回收再生性能。     

磷钨酸功能化氮化碳的制备及其氧化脱硫研究

以磷钨酸和氮化碳为原料,合成磷钨酸功能化的氮化碳(g-C₃N₄/HPW),并采用XRD、SEM、FT-IR对其结构进行表征。以g-C₃N₄/HPW为催化剂,过氧化氢作为氧化剂,咪唑氟硼酸盐为萃取剂氧化萃取一体法脱除模拟油中的二苯并噻吩(DBT)。考察了反应温度、催化剂加入量、双氧水加入量、萃取剂加入量、硫化物类型等因素对脱硫效果的影响。结果表明,在模拟油为5 mL,g-C₃N₄/HPW为0.02 g,H₂O₂加入量为1.0 mL,BF₄ 为1.5 mL,反应温度70 ℃,反应120 min的条件下,DBT的转化率可达到93%。反应体系循环使用4次催化剂的活性没有明显的降低。     

Ultradeep desulfurization of model oil through the oxidative adsorption process using Dawson‐type polyoxometalates and graphene oxide multifunctional composites

Eight Dawson‐type polyoxometalates were successfully prepared and used in an octanal/air oxidative desulfurization (ODS) system for model oil. Among which, the classical 2:18 polyoxometalate K₆[α‐P₂W₁₈O₆₂]·14H₂O exhibited the best catalytic performance with a sulfur removal ratio of 99.63%. Then, K₆[α‐P₂W₁₈O₆₂]·14H₂O was supported on graphene oxide (GO) to afford K₆P₂W₁₈O₆₂/GO using the hydrothermal method. Due to the in situ adsorption of the supported catalysts in the ODS process, the sulfur removal ratio was 96.10% without extraction treatment. Compared with the octanal/air ODS system using pure GO as an adsorbent for the oxidation products, the sulfur removal ratio increased from 89.21 to 96.10%, and the n‐octanal/S molar ratio decreased from 24 to 4. To facilitate the recycling of the catalyst and avoid catalyst loss, K₆[α‐P₂W₁₈O₆₂]·14H₂O was supported on magnetic graphene oxide (mGO) to afford K₆P₂W₁₈O₆₂/mGO. The results showed that the supported catalyst could be easily recovered with the aid of an external magnetic field, while maintaining high catalytic activity during five cycles of reuse with little catalyst loss. Furthermore, all the prepared materials were analyzed by a series of characterizations, and the reaction mechanism of the studied system was proposed through contrast tests and GC‐MS characterization analysis.