钨钼基化合物掺杂石墨相氮化碳复合材料制备及其氧化脱硫性能研究

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许多国家制定了严格的环境法规,将燃料油中的硫含量限制在10 mg/L以下,甚至要求使用无硫燃料。因此,为了获得超低硫燃料,燃料深度脱硫已成为世界范围内待解决的环境问题。本文以钨钼基化合物作为活性组分,将其与石墨相氮化碳(g-C3N4)结合,制备出一系列的复合材料催化剂,并且用XRD、BET、FT-IR、XPS、SEM和TEM等表征手段,对制备得到的催化剂进行了表征分析,以H2O2为氧化剂,乙腈为萃取剂,以噻吩类化合物为模拟油,研究了催化剂的氧化脱硫性能。沉淀法制备了系列负载型两亲性过氧磷钨(钼)酸季铵:CTAB-PW(x)/g-C3N4、CTAB-PMo(50%)/g-C3N4、TBAB-PW(50%)/g-C3N4、TBAB-PMo(50%)/g-C3N4催化剂,得到如下结果:(1)随着CTAB-PW负载量的增加,其脱硫性能先提高后降低,CTAB-PW负载量为50%制备的催化剂具有最好的脱硫效果;(2)最佳脱硫条件为:CTAB-PW(50%)/g-C3N4催化剂用量0.04 g、模拟油用量为10 m L、反应温度60oC、氧硫比8:1、反应时间2 h。在此条件下的BT脱除率可达到99.9%,并且CTAB-PW(50%)/g-C3N4催化剂对DBT、4,6-DMDBT和TP的脱硫率分别为99.9%、98.9%、57.4%;(3)发现过氧磷钨酸与季铵盐CTAB结合,并将其负载于g-C3N4,可以有效抑制活性相过氧磷钨酸的浸出,有效提高催化剂的再生性能。焙烧法合成了不同MoO3掺杂量的MoO3(x)/g-C3N4复合材料催化剂,得到如下结果:(1)随着MoO3掺杂量的的增加,其脱硫性能先提高后降低,MoO3负载量为50%制备的催MoO3(50%)/g-C3N4化剂具有最好的脱硫效果;(2)最佳脱硫条件为:MoO3(50%)/g-C3N4催化剂用量0.06 g、模拟油用量为10 m L、乙腈用量为1 m L、反应温度70oC、氧硫比10:1、反应时间90 min。在此条件下的BT脱除率可达到99.9%,比纯MoO3的脱除效率增加了13.7%,表明MoO3与g-C3N4掺杂,能够显著的增加MoO3催化剂的脱硫活性,并且MoO3(50%)/g-C3N4催化剂对DBT、4,6-DMDBT和TP的脱硫率均达到了90%以上,表现出优异的脱硫性能;(3)MoO3(50%)/g-C3N4具有良好的再生性能,催化剂重复使用5次,BT脱硫率仍然能保持95.5%,与新鲜催化剂相比仅降低了4.4%,并且通过FT-IR表征证明催化剂的结构没有被破坏。焙烧法合成了不同W-MoO3掺杂量的W-MoO3(x)/g-C3N4复合材料催化剂,得到如下结果:(1)随着W-MoO3掺杂量的增加,其脱硫性能先提高后降低,W-MoO3负载量为10%制备的催化剂具有最好的脱硫效果;(2)最佳脱硫条件为:催化剂用量0.03 g、模拟油用量为10 m L、乙腈用量为1 m L、反应温度60oC、氧硫比8:1、反应时间30 min。在此条件下BT脱除率可达到99.9%,比纯W-MoO3的脱除效率增加了7.7%,表明W-MoO3与g-C3N4掺杂,能够显著的增加W-MoO3催化剂的脱硫活性,并且W-MoO3(10%)/g-C3N4催化剂对DBT、4,6-DMDBT和TP的脱硫率均达到了99.9%,表现出优异的脱硫性能;(3)W-MoO3(10%)/g-C3N4具有良好的再生性能,催化剂重复使用5次,BT脱硫率仍然能保持97.3%,与新鲜催化剂相比仅降低了2.6%,并且通过FT-IR表征证明催化剂的结构没有被破坏。
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