水滑石修飾g?C3N4新型高效光催化劑及其在燃油深度脫硫中的應用，屬于環境保護技術領域。該方法的核心是光催化劑MN?LDHs/g?C3N4的制備和結構調控，是提高光催化效率的關鍵，其特征在于，首先將層狀水滑石MN?LDHs原位生長于g?C3N4納米片，通過調控二者的相對比例，合成出具有異質結構，從而有效抑制電子?空穴復合的高活性的光催化劑。該體系以空氣為氧化劑，綠色環保，成本低廉，反應條件溫和，反應設備和工藝簡單，脫硫率2小時達95％以上，光催化劑可重復使用，且性能基本不變、易于回收。
Hydrotalcite-modified g-C3N4 photocatalyst and its application in deep desulfurization of fuel oil
Hydrotalcite modified g_C3N4 photocatalyst and its application in deep desulfurization of fuel oil belong to the field of environmental protection technology. The core of this method is the preparation and structure control of photocatalyst MN LDHs/g C3N4, which is the key to improve photocatalytic efficiency. The characteristics of this method are as follows: firstly, layered hydrotalcite MN LDHs were grown on G C3N4 nanosheets in situ, and a highly active photocatalyst with heterostructure was synthesized by adjusting the relative ratio of them, thus effectively inhibiting electron-hole recombination. The system uses air as oxidant, which is green, environmentally friendly, low cost, mild reaction conditions, simple reaction equipment and process. The desulfurization rate is over 95% in 2 hours. The photocatalyst can be reused, and its performance is basically unchanged and easy to recover.
【技術實現步驟摘要】
水滑石修飾g-C3N4新型高效光催化劑及其在燃油深度脫硫中的應用
本專利技術屬于環境保護
，涉及水滑石/氮化碳復合材料的制備(MN-LDHs/g-C3N4，簡稱LDHs/g-C3N4，如CoAl-LDHs/g-C3N4，)、以及一種以空氣為氧化劑、乙腈為萃取劑的光催化氧化/萃取模型油深度脫硫方法。
技術介紹
環境保護是人類面臨的亟待解決的重大課題。隨著經濟的發展，對清潔油的需求不斷增長。高硫含量燃料油在空氣中燃燒會引發一系列環境問題，如酸雨，霧霾等。為此，國內外都制定了嚴格的法規和政策，歐洲和美國早在2009年就規定含硫在10μg/g以下，中國政府宣布在2017年，將含硫標準控制在10μg/g，實現與國際接軌。1μg/g以下的超低硫清潔油是未來的目標和趨勢。因此，深度脫硫技術成為清潔油技術的研究熱點。傳統的加氫脫硫技術需要在較高的反應溫度(300-400℃)和壓力(3-6MPa)下進行，大量消耗氫氣，且難以脫除燃油中有空間位阻效應的噻吩硫化物。吸附脫硫，氧化脫硫，萃取脫硫及上述脫硫組合技術作為加氫脫硫的有益的補充，成為深度脫硫
關注的焦點。研究和開發低能耗，不消耗氫氣的高選擇性深度脫硫技術，不僅具有科學價值，而且具有重大的國家需求和現實意義。光催化氧化脫硫方法具有能耗低、條件溫和、無二次污染、能深度脫硫等優點，備受學者重視。其中高效光催化劑的研制是該技術的核心。通過對光催化脫硫的研究文獻和專利的跟蹤，發現石墨相氮化碳(g-C3N4)半導體材料具有的良好的光催化性能。g-C3N4材料具有很多優點，如：成本低、來源豐富、無毒等。這些優點引起了研究者們優化其光催化性能的興趣。與g-C3N4類似，水滑石類化合物因其較好的光催化性能及其可控的電子結構，也被廣泛用作復合光催化劑的組元。水滑石是一類新型綠色催化劑，具有主體層板金屬元素組成可調變，客體陰離子插層組成和結構可調控的特點，有望形成結構多樣，功能強大的復合多功能材料，在吸附、催化、醫藥、電化學、光化學、磁性材料等許多領域已經或即將展現廣闊的應用前景。據文獻研究，開發水滑石類材料作為光催化劑是可行的。水滑石與g-C3N4復合材料具有優良的光催化性能，兩種材料間可能產生電子協同效應，降低電子-空穴復合率,目前其主要應用于光解水產氫和降解染料方面，而應用于光催化氧化脫硫的工作未見報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種廉價易得的新型光催化劑，即制備不同類型的LDHs/g-C3N4材料，用于光催化氧化脫除燃油中的含硫化合物。構建空氣為氧化劑，乙腈為萃取劑的綠色環保深度脫硫新體系。本專利技術的LDHs/g-C3N4,在常溫常壓條件下，以空氣為氧化劑，紫外燈為光源，光催化氧化模型油中的含硫有機物成為極性更強的砜，用乙腈萃取劑萃取，從而脫除油中的含硫有機物，得到超低硫清潔油。本專利技術的水滑石修飾g-C3N4光催化劑，其特征在于，水滑石和g-C3N4復合在一起，層狀水滑石MN-LDHs原位生長于g-C3N4納米片上，其中水滑石所占的質量百分比10％-70％。本專利技術所述的水滑石修飾g-C3N4光催化劑的制備，其特征在于，采用的技術方案包括以下步驟：(1)熱聚法制備石墨相氮化碳g-C3N4；其中步驟(1)為常規方法，稱取一定量尿素置于帶蓋子的坩堝中，將其置于馬弗爐中煅燒，以2.3-20℃/min的升溫速率升至500-550℃，保溫數小時；隨后自然降溫，研磨，得到目標材料。(2)原位合成法制備MN-LDHs/g-C3N4復合材料稱取步驟(1)制備的g-C3N4，置于水熱釜中，稱取一定量的制備水滑石所需的二價金屬M硝酸鹽和三價金屬N硝酸鹽加入水溶液中置于水熱釜，隨后將水熱釜超聲30min，超聲后加入制備水滑石所需的沉淀劑，將水熱釜置于110℃烘箱中老化，之后洗滌、干燥、研磨得到目標材料。步驟(2)溶膠中二價金屬硝酸鹽和三價金屬硝酸鹽摩爾比為(1-4):1，優選3:1或2:1。其中二價金屬M硝酸鹽包括但不限于硝酸鈷、硝酸鋅；三價金屬N硝酸鹽包括但不限于硝酸鋁、硝酸鉻。所述的沉淀劑為尿素或/氫氧化鈉和碳酸鈉等。本專利技術還公開了所述的催化劑用于燃油脫硫。一種光催化燃油深度脫硫體系，其特征在于，以所述的水滑石/氮化碳復合材料MN-LDHs/g-C3N4作為光催化劑，以空氣作為氧化劑，在紫外燈照射下對燃油進行催化脫硫，同時采用乙腈作為溶劑萃取反應生成的硫產物。本專利技術上述脫硫體系進行光催化脫硫的方法：將制備的上述光催化劑加入待脫硫的體系(如油)中，通入空氣，在紫外燈照射下，反應數小時，同時采用乙腈萃取；硫氮分析儀分析其脫硫率。乙腈:待脫硫的燃油體系體積比＝1:1-1:1.5。待脫硫的燃油體系中含有的硫物質為BT、DBT、4,6-DMDBT中的至少一種。本專利技術光催化反應2小時，脫硫率約為95％-100％，重復性實驗證明催化劑性能穩定。本專利技術提供了原位合成法制備CoAl-LDHs/g-C3N4光催化劑，并用于光催化深度脫硫的方法。該催化劑原料廉價易得，反應條件溫和，反應設備和工藝簡單，催化劑具有光催化活性高和可重復使用的特點。本方法發現水滑石類材料在光催化深度脫硫領域具有重要應用價值，也為以空氣為氧化劑的深度脫硫方法提供了新思路，具有重要的應用前景。該方法的核心是光催化劑MN-LDHs/g-C3N4的制備和結構調控，是提高光催化效率的關鍵，首先將層狀水滑石MN-LDHs原位生長于g-C3N4納米片，通過調控二者的相對比例，合成出具有異質結構，從而有效抑制電子-空穴復合的高活性的光催化劑。該體系以空氣為氧化劑，綠色環保，成本低廉，反應條件溫和，反應設備和工藝簡單，脫硫率2小時達95％以上，光催化劑可重復使用，且性能基本不變、易于回收。附圖說明圖1實施例1所制備材料的電鏡圖(SEM)。(a)CoAl-LDHs的掃描電鏡圖(b)20％LDHs/g-C3N4的掃描電鏡圖；圖2實施例1所制備材料的透射電鏡圖(TEM)。圖3所制備材料的X射線衍射圖(XRD)。圖4所制備材料的紅外分析圖(FTIR)。(a)CoAl-LDHs；(b)20％CoAl-LDHs/g-C3N4；(c)g-C3N4具體實施方式下面所舉實施例為優選例，在實際應用中應不限于以下實例。實施例1：CoAl-LDHs/g-C3N4的制備及光催化性能(1)熱聚法制備g-C3N4稱取20g尿素置于帶蓋子的坩堝中，將其置于馬弗爐中煅燒，以20℃/min的升溫速率升至500℃，保溫2小時，再以20℃/min的升溫速率升至520℃，保溫2小時。隨后自然降溫，研磨，得到目標材料。(2)CoAl-LDHs/g-C3N4的制備稱取0.5gg-C3N4，分散于80mL水并置于80mL水熱釜中，稱取0.2725g硝酸鈷和0.1175g硝酸鋁(摩爾比3:1)加入至水熱釜中。隨后將水熱釜超聲30min，超聲后加入0.225g尿素，將水熱釜置于110℃烘箱中老化16h，之后洗滌、干燥、研磨得目標材料。(3)模型油配制稱取0.1856gDBT溶于90mL正辛烷中，制得硫含量為500ppm的模型油；稱取0.1362gBT溶于90mL正辛烷中，制得硫含量為500ppm的模型油；稱取0.2142g4,6-DMDBT溶于90mL正辛烷中，制得硫含量為500ppm的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.水滑石修飾g?C3N4光催化劑，其特征在于，水滑石和g?C3N4復合在一起，層狀水滑石MN?LDHs原位生長于g?C3N4納米片上，其中水滑石所占的質量百分比為10％?70％。
【技術特征摘要】
1.水滑石修飾g-C3N4光催化劑，其特征在于，水滑石和g-C3N4復合在一起，層狀水滑石MN-LDHs原位生長于g-C3N4納米片上，其中水滑石所占的質量百分比為10％-70％。2.制備權利要求1所述的水滑石修飾g-C3N4光催化劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)熱聚法制備石墨相氮化碳g-C3N4；(2)原位合成法制備MN-LDHs/g-C3N4復合材料稱取步驟(1)制備的g-C3N4，置于水熱釜中，稱取一定量的制備水滑石所需的二價金屬M硝酸鹽和三價金屬N硝酸鹽加入水溶液中置于水熱釜中，隨后將水熱釜超聲30min，超聲后加入制備水滑石所需的沉淀劑，將水熱釜置于110℃烘箱中老化，之后洗滌、干燥、研磨得目標材料。3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(2)溶膠中二價金屬硝酸鹽和三價金屬硝酸鹽摩爾比為(1-4):1。4.按照權利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋紅艷，蔡英杰，黃眾，何靜，安哲，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：北京,11
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