石墨型氮化碳负载金属基离子液体光催化氧化燃油脱硫研究

生产超低硫含量的清洁汽柴油是从源头上控制汽车尾气污染的一种方法，本课题拟用具有光催化活性的石墨型氮化碳配位负载金属基离子液体用于燃油的光催化氧化脱硫，该方法将离子液体的萃取作用与氮化碳的光催化氧化作用耦合，考察其在可见光照射下，催化氧化脱除燃油中的有机硫。通过不同方法合成具有不同形貌和结构的氮化碳光催化材料，调变金属基离子液体的阴、阳离子，总结适合氮化碳配位负载的金属基离子液体的构建规律；运用原位谱学研究氮化碳负载型金属基离子液体的组成和结构，探讨光催化氧化脱硫体系的反应机理，关联氮化碳和离子液体组成、结构与光催化性能，为其可控合成和应用提供理论依据。在燃油氧化脱硫反应中，这类新材料兼有离子液体的萃取作用和氮化碳的光催化性能，又便于反应后分离再循环。因此，该研究工作的开展，不仅可以丰富负载型离子液体催化剂的种类，还能建立一种温和条件下光催化氧化脱硫的新方法。

本项目系统研究了石墨型氮化碳(g-C3N4)基光催化剂在燃油氧化脱硫中的应用。通过该课题的研究，设计并合成了一系列基于g-C3N4的光催化材料。这种材料兼有g-C3N4的吸附性能和光催化氧化性能，既是有机硫脱除反应中的吸附剂，又能起到光催化活化氧化剂的作用，将两种作用结合，不断地脱除油品中的硫化物，最终实现光催化氧化燃油深度脱硫的目的。本项目主要进行了以下几个方面的研究工作。设计了5大类基于g-C3N4的光催化剂，它们分别为TiO2/g-C3N4，g-C3N4/MoO3，WO3/g-C3N4，Ag/AgBr/g-C3N4，CNT/white g-C3N4，采用XRD、SEM、TEM、XPS、BET等方法对其结构和组成进行了系统表征，并将其用于燃油光催化氧化脱硫研究，结果表明，TiO2/g-C3N4，g-C3N4/MoO3和WO3/g-C3N4吸附/光催化氧化脱硫体系脱硫效果较好，可以多次循环使用，并推导了氧化脱硫机理。研究了Fe2O3/TiO2体系用于燃油光催化氧化脱硫，通过两步法合成了一系列的Fe2O3/TiO2复合催化剂，并对其结构进行了表征，考察了该催化剂对模型油中硫化物的脱除效果。研究了异丁醛/空气/离子液体体系用于光催化氧化燃油脱硫，结果表明，该体系也能实现燃油深度脱硫。研究了Ag/AgBr/g-C3N4，CNT/white g-C3N4等催化剂在光催化降解有机污染物中的应用，复合光催化材料的活性优于单体。研究了离子液体乳液体系用于燃油氧化脱硫，考察了六聚钨酸盐Q2W6O19/[Omim]PF6/双氧水和功能化的离子液体[(C6H13)3P(C14H29)]2W6O19/双氧水两种乳液体系用于燃油催化氧化脱硫活性，结果表明，离子液体乳液体系表现出了较好的脱硫效果和循环使用性能，有效降低了离子液体的用量。