【摘 要】
:
近些年的空气污染问题使得燃油中硫元素的脱除十分重要,其中催化氧化脱硫具有催化彻底、反应条件温和、脱硫率高、成本较低、污染较小等诸多优势。多金属氧酸盐(Polyoxometalates,POMs)又称多酸,作为一种经济的、高效的催化剂,具有稳定的化学性质、可调节的酸性以及纳米级别的尺寸,常被用于燃油的催化氧化脱硫。但由于POMs较低的表面电荷密度致使其在溶剂中具有较高溶解性,这导致POMs极易溶解在
【基金项目】
:
国家重点研发计划课题2021YFC2101604;
论文部分内容阅读
近些年的空气污染问题使得燃油中硫元素的脱除十分重要,其中催化氧化脱硫具有催化彻底、反应条件温和、脱硫率高、成本较低、污染较小等诸多优势。多金属氧酸盐(Polyoxometalates,POMs)又称多酸,作为一种经济的、高效的催化剂,具有稳定的化学性质、可调节的酸性以及纳米级别的尺寸,常被用于燃油的催化氧化脱硫。但由于POMs较低的表面电荷密度致使其在溶剂中具有较高溶解性,这导致POMs极易溶解在催化体系中难以被回收。将POMs沉积在具有三维网络结构的骨架上可以有效解决POMs难回收的问题。本论文制备了纳米纤维素基、负载POMs的气凝胶,具体方法是:用极少量的3-氨基丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyl trimethoxysilane,APS)对纳米纤维素(纤维素纳米纤丝CNFs和硫酸法制备的纤维素纳米晶体SCNCs)进行改性,使它们表面带上正电荷,得到A-CNFs和A-SCNCs;然后在改性后的纳米纤维素表面上负载POMs纳米颗粒,通过冷冻干燥法得到A-CNF/POM和A-SCNC/POM。制备的气凝胶具有相对均匀的三维(Three dimensional,3D)网络结构,对氧化脱硫具有良好的催化效果。本论文具体从以下三个方面进行研究:(1)在室温条件下,以CNFs干粉为原料,以APS为氨基硅烷改性剂,得到A-CNFs;以磷钨酸(Phosphotungstic acid,PTA)为纳米粒子负载于A-CNFs表面,通过冷冻干燥的方式制备出气凝胶A-CNF/PTA。表征了气凝胶的物理、化学性质和催化能力。结果表明,该气凝胶具有均匀的3D多孔结构、较高的比表面积、良好的热稳定性和优异的催化性能;当APS的添加量为1.0 V/V%,PTA添加量为50%(PTA:CNFs,m:m,50%)时,CNF气凝胶具有最优的催化效果。在室温条件下,该气凝胶的静态催化的底物转化率在90 min内达到100%,并且经过3次循环后底物转化率仍达到80%以上。(2)在室温条件下,以均质化的CNFs为原料;以APS为氨基硅烷改性剂,得到A-CNFs悬浮液;将三种不同POMs(磷钨酸、磷钼酸、磷钼矾酸)负载于A-CNFs上,POMs的添加量为50%(POMs:CNFs,m:m,50%),通过定向冷冻干燥制备出气凝胶A-CNF/POM50%。表征了气凝胶的物理、化学性质和催化能力。结果表明:三种POMs均能均匀负载于CNFs表面;所制备的气凝胶具有低密度、高比表面积、多孔微观结构以及良好的静态、动态和循环催化能力;多金属氧酸盐的催化能力与其在反应体系中的电离程度、酸碱性、配位原子的氧化能力等因素有关。负载磷钨酸和磷钼矾酸的气凝胶催化能力强于负载磷钼酸的气凝胶,在40 oC温度条件下,经过5次动态循环催化后仍能保持90%以上的底物转化率。(3)在室温条件下,以SCNCs为原料,以APS为氨基硅烷改性剂,得到A-SCNCs悬浮液;将PTA负载于氨基硅烷化改性的A-SCNCs表面,其中PTA添加量为50%(PTA:SCNCs,m:m,50%),通过定向冷冻干燥的方式制备出气凝胶A-SCNC/PTA50%。表征了湿凝胶的流变行为,气凝胶的物理、化学性质以及催化能力。结果表明,气凝胶A-SCNC/PTA50%具有均匀的3D多孔片层结构、较高的比表面积、良好的热稳定性,具有一定的机械强度和优异的静态、动态、循环催化性能。在静态催化测试中,40 oC条件下,A-SCNC/PTA50%在30 min内底物转化率接近100%,并在90 min内底物转化率达到100%,经过5次循环后,底物转化率依然保持在85%以上;在动态催化测试中,气凝胶A-SCNC/PTA50%在40 oC温度条件下,2 h内底物转化率为100%,经过5次循环依然能保持90%以上的底物转化率。采用氨基硅烷化改性的纳米纤维素负载多金属氧酸盐制备的气凝胶是一种制备流程简单温和、在温和条件下具有良好催化效果、不使用大量有机溶剂、易于回收并具有良好循环催化活性的氧化脱硫催化剂。本论文为氧化脱硫提供了一种可发展的、绿色的催化剂制备方法,该方法对于CNFs和SCNCs为原料,负载不同的POMs纳米粒子的气凝胶的制备具有可拓展性。
其他文献
造纸过程受工艺、浆料、设备和环境等众多因素影响,纸页抄造过程中易发生纸幅断裂的故障,降低造纸企业产量,提高生产成本。因此,有效应对断纸故障,保持正常生产是造纸企业提高市场竞争力亟需解决的问题。本文以生活用纸为研究对象,提出了一种断纸故障预测模型,通过多种参数的实时在线监测,实现断纸故障预测目标。在故障预测模型的基础上,针对故障频发原因,进一步建立了时序数据预测分析模型,以满足现场操作人员需求。本文
纳米纤维素因其储量丰富、可持续、可降解、低密度、高机械强度等优势,成为替代难降解、不可降解塑料薄膜的理想材料。当前,纳米纤维素复合薄膜材料的开发已经成为国内研究的热点,其中纳米纤维素薄膜微观结构、疏水性能、光学性能、断裂伸长率、耐折性能之间的复合调控是限制其商业应用的关键。本论文制备了三种纳米纤维素纤丝(CNFs)复合薄膜,研究其微观结构、光学性能、耐水性能、机械性能、耐折性能及其作用机制。探究纳
甲壳素是自然界内储量仅次于纤维素的第二大天然阳离子含氮多糖,具有良好的生物相容性、生物可降解性及抗菌性。甲壳素分子链上有丰富的羟基官能团,可以制备成甲壳素基水凝胶,以此提高甲壳素的利用率。但是甲壳素的难溶性成为制备甲壳素水凝胶的难点,所以目前对甲壳素水凝胶方面的研究比较少,用甲壳素制备响应型水凝胶的研究更少。因此,本论文以甲壳素为原料通过简便方法制备出两种响应型水凝胶。首先,利用钙醇溶剂溶解甲壳素
高效空气过滤材料是高效空气过滤器的核心,高效滤材的性能直接关系到环境颗粒物浓度是否达标。在核化生防护和空气污染防护等领域,颗粒物的质量浓度具有重要意义。对基于质量浓度的高效滤材过滤性能检测方法进行研究,可以为滤材评价方法及其应用提出优化方案,从而更好地评价和区分滤材,控制和保证过滤材料的质量,并进一步指导过滤材料的研发和制备。目前滤材性能测试中存在气溶胶发生浓度不高的问题,滤材过滤效率测试时上游颗
在资源枯竭和工业发展的大背景下,可再生的木质纤维素生物质资源越来越受到人们的关注。木质素是地球上年生成量仅次于纤维素的可持续天然芳香性高分子聚合物,由于木质素复杂多变的化学结构,其大众化高值利用技术仍有待开发。本研究以木质素为研究对象,通过探究不同结构特性的木质素在代表性醇溶剂体系中的解聚特性、液相产物中单酚及寡聚物的特性与形成规律,为实现木质素高效转化制备高附加值酚类化学品提供理论指导。本文首先
随着科技的飞速发展以及电子产品的更新迭代,柔性可折叠电子器件异军突起。柔性折叠屏,柔性手机、柔性可穿戴织物等电子产品相继出现。电子器件的核心为其储能装置。如何制备与柔性可折叠电子器件匹配的柔性储能装置最为关键。锂离子电池作为一种新型高效的储能装置,具有能量密度高、循环稳定性高、工作电压高、工作温度范围广等优点。已成为各种电子元器件首选的储能装置,被广泛应用于各种储能领域。目前,柔性可折叠电子器件向
海洋中的动物、植物和微生物在海洋设施表面附着会导致航船速度减慢,燃料消耗增大、生物腐蚀加剧等一系列危害,采取有效的措施防止或抑制海洋生物污损的发生尤为重要。杀生防污剂纳米铜氧化物易絮聚、毒性高、难回用,污损抑制水凝胶广谱防污性和环境持久性差。将纳米铜氧化物引入纤维素水凝胶网络,不仅可以解决单一材料在海洋防污实际应用中存在的缺陷,还可将杀生防污策略和污损抑制策略相结合,实现“1+1>2”的防污效果。
制浆造纸工业用水量大,在淡水资源日趋短缺的形势下研究开发造纸废水深度处理与回用技术具有重要意义。针对造纸废水电导率(Electric Conductivity,简称EC)和色度高,且含有一定量的悬浮物和难生物降解有机物等特点,本论文采用催化臭氧氧化结合无机膜处理的技术途径,优化了处理的工艺条件并探讨了处理效果。首先,对来自造纸厂的二级生物处理出水(Secondary Biological Effl
在柴油存储和运输过程中不可避免地会带入少量水份,这些水份虽然总量不高,但对柴油发动机部件会产生严重危害,需要通过油水分离材料除去柴油中的污染水。随着超低硫柴油和生物柴油的发展,柴油中表面活性剂含量上升、水滴粒径减小,且滤材油下润湿性随使用时间的增加发生变化,导致滤材油水分离效率下降。另外,现有测试标准只评估滤材的初始油水分离效率,而实际工况下滤材效率会随使用时间增加而下降,因此探究滤材油水分离效率
由于化石燃料的过度消耗以及环境污染问题的日益严峻,科学家们不断在寻找替代燃料。生物质资源以其绿色、洁净、可再生等优势引起学者的广泛关注。木质素是一种可再生的天然芳香高分子,也是生物质资源的重要组成部分,可应用于化工、材料、食品等多个领域。在“木质素优先”战略背景下,通过利用木质素解聚后的酚类单体制备生物燃料和高价值化学品被认为是一种很有前途的木质素增值策略,已成为全球科研热门领域,其中氢解被认为是