g-C3N4基负载型及复合型光催化氧化脱硫催化剂

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本论文对g-C3N4基负载型和复合型催化剂分别进行了研究,制备了以三聚氰胺为氮源、钛酸丁酯为钛源,双介孔二氧化硅(BMMS)为载体的TiO2-g-C3N4/BMMS负载型光催化剂;以三聚氰胺为氮源、硫酸高铈为铈源、五水硝酸铋为铋源,制备了Bi2WO6/Ce-g-C3N4复合型光催化剂。采用XRD、N2吸附脱附、TEM、SEM、EDS、FTIR和UV-vis的方法对所制备催化剂进行表征,将所制的催化剂用于光催化氧化脱硫(PODS),以含二苯并噻吩(DBT)的十二烷溶液为模拟柴油,评价其催化性能,优化反应工艺条件并提出催化反应机理,主要研究结果及结论如下:TiO2-g-C3N4/BMMS催化剂的表征结果表明,将TiO2/g-C3N4负载到BMMS后,催化剂具有高度有序的双介孔结构,比表面积要高于单一相TiO2,TiO2-g-C3N4活性组分分散良好。TiO2和g-C3N4之间存在明显的化学作用。与单一TiO2相比,其禁带宽度变窄,可见区光吸光度增加。与TiO2/g-C3N4相比,TiO2-g-C3N4/BMMS催化活性明显提高,脱硫率可以达到96.6%,重复使用8次后脱硫率仍可达到90%以上。优化后工艺条件为:O/S摩尔比为10:1,剂油比(v/v)为1:1,催化剂用量(质量百分含量)为模拟油质量3wt%,该条件下,可见光照120 min,脱硫率可达96.6%。基于催化体系构成的对比实验和活性中间体捕捉实验,提出催化反应机理,认为可见光照条件下,甲醇、双氧水和催化剂三者缺一不可,超氧自由基(·O2-)和空穴(h+)在PODS反应中起主要的作用。Bi2WO6/Ce-g-C3N4催化剂的表征结果表明,Ce-g-C3N4和Bi2WO6的复合在一定程度上有助于Bi2WO6晶体的生长。Ce的掺杂不会改变g-C3N4的晶相结构,Ce-g-C3N4和Bi2WO6之间存在化学作用。Ce-g-C3N4的片层与Bi2WO6三微花状微球片层均匀的交联在一起。与单一的Bi2WO6相比,光吸收边发生红移,禁带宽度变窄。与Bi2WO6/g-C3N4相比,Bi2WO6/Ce-g-C3N4催化活性明显提高,达到88%,重复使用6次后脱硫率仍然可以达到83%以上。优化后工艺条件为:O/S摩尔比为10:1,剂油比(v/v)为1:1,催化剂用量(质量百分含量)为模拟油质量1wt%的条件下,可见光照射120 min后,脱硫率可达88%。根据催化体系构成的对比实验和活性中间体捕捉实验,提出催化反应机理,认为可见光照存在下,甲醇、双氧水和催化剂是PODS反应的必备条件,其中超氧自由基(·O2-)和空穴(h+)在反应中起关键作用。
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