POMOFs/TiO2低维纳米材料的制备、表征及脱硫性能研究

来源 :沈阳师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chyanzmr
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随着时代的发展和科技的进步,人们对于能源的消耗越来越大。化石燃料是世界上使用最广泛的能源。然而化石燃料的燃烧会产生硫氧化物(SOx),这是导致酸雨的重要因素,造成环境污染并损害人类的健康。因此,清洁能源的生产迫在眉睫,尤其采取措施降低燃料油中的硫含量已经刻不容缓。在目前众多的脱硫技术中,萃取催化氧化脱硫(ECODS)是一种绿色环保高效且温和的脱硫技术。那么,探索ECODS中高效的催化剂至关重要。目前应用于ECODS中的催化剂主要有过渡金属氧化物、金属有机骨架(MOFs)、金属氧簇、有机酸等。其中,MOFs具有大的比表面积和孔隙率以及孔道可调、结构多样性等特点,在气体存储、净化方面的应用已得到广泛研究,在脱硫领域也崭露头角,并有着巨大的工业应用潜力;多金属氧酸盐(POMs)是一类无机金属-氧簇合物,由于它的组成和结构的多样性使其在催化、生物医药、材料科学等方面都有广泛的研究。二氧化钛(TiO2)由于其优异的光催化性能和化学稳定性,不仅用作光催化剂,而且用于热催化剂。将POMs直接担载于TiO2上会出现POMs团聚现象,导致催化剂效率降低,为了解决此问题,本文主要借助具有多孔结构的MOFs材料,采用溶剂(水)热法在TiO2表面原位构筑多酸基金属有机骨架材料(POMOFs),得到了一系列的PW12-MIL-101(Cr)/TiO2复合纳米纤维和PW12-NH2-UiO-66(Zr)/TiO2复合纳米纤维。将POMs引入到MOFs中构筑担载型多酸基多孔材料,实现了其在非均相催化中的应用。POMs封装于MOFs中增加了MOFs材料的稳定性。同时,避免了POMs在TiO2上的团聚,进而增加了催化剂的脱硫效率。通过XRD、FT-IR、SEM等测试技术对所获得的PW12-MIL-101(Cr)/TiO2和PW12-NH2-UiO-66(Zr)/TiO2复合纳米纤维进行了表征,结果表明,POMOFs均负载于锐钛矿和金红石相的混相TiO2纳米纤维上,所得到的复合纤维直径为100-200 nm。重点研究了这些复合纳米纤维在ECODS中的脱硫影响因素,如不同催化剂、反应温度、氧硫比和催化剂用量等。结果表明,在ECODS中,在50℃下,96μL H2O2(氧硫比为4:1)时,0.02g 1PW12-MIL-101(Cr)/5TiO2(PW12-MIL-101(Cr)与TiO2的摩尔比为1:5)复合纳米纤维可以在180 min内将模拟油中500 ppm的DBT几乎完全除去。此外,PW12-MIL-101(Cr)/TiO2复合纳米纤维对BT和4,6-DMDBT也有很高的脱硫效率;而在60℃下,氧硫比为4:1时,0.02 g 1PW12-NH2-UiO-66(Zr)/7TiO2(PW12-NH2-UiO-66(Zr)与TiO2的摩尔比为1:7)复合纳米纤维可以在90 min内脱除模拟油样中98%的DBT。经过脱硫条件的优化最终得到了在ECODS中的最佳脱硫条件,为此类复合纳米纤维催化剂的工业脱硫应用提供了实验依据。
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